陽子の質量と原子質量単位

質問

物理定数表を見たところ、

陽子の質量は1.673 × 10^-27 kg、　原子質量単位は1.661 × 10^-27 とあり、

陽子の質量　＞　原子質量単位　

となるのはなぜですか。

回答No.2

htms42 · ベストアンサー

＞陽子の質量は1.673 × 10^-27 kg、　原子質量単位は1.661 × 10^-27 とあり、

２つの数字は似ていますが意味が異なります。大小を直接比較することはできません。
最終的には＃１に書かれている質量欠損が関係してきますがそれぞれの意味をまず考えることの方が先でしょう。

理科年表を見てみました。
もう少し詳しい数字が載っています。
陽子の質量　 　ｍｐ：１．６７２６２３１×１０^(-27)ｋｇ
原子質量単位　ｍｕ：１．６６０５４０２×１０^(-27)ｋｇ

この数字にはどちらにも単位が付きます。
原子質量単位というのは相対質量の基準になる数字です。
この質量を１単位として原子の質量を表すということです。
原子量を表す時の基準になる量です。
（相対質量には単位が付きませんがその基準になる１単位質量がいくらかという数字には単位が付きます。）

この数字はどのように決まっているのかが問題になります。

理科年表では原子質量単位を次のように定義しています。
「中性の１２Ｃ原子の質量を１２とする質量単位」

この定義に従って考えると上にあるｍｕは
中性の１２Ｃの原子の質量（１２Ｃの原子核と電子６個を合わせた質量）の１／１２です。
この数字には電子の質量が含まれていますから陽子ではなくて質量数１の水素原子に対応する量です。陽子は質量数１の水素１Ｈの原子核ですから同じものではありませんね。

１２Ｃの原子核は６個の陽子と６個の中性子でできています。
質量数２の水素２Ｈの原子核は陽子と中性子が１つずつです。
陽子、中性子、電子の数が１つずつですから１２Ｃのちょうど１／６の構造になっています。
同じように考えると４Ｈｅでは１／３になっています。
１Ｈ，２Ｈ、４Ｈｅ、１２Ｃの質量を原子質量単位で比べてみます。

１Ｈ　　　１．００７８　　
２Ｈ　　　２．０１４１
４Ｈｅ　　４．００２６
１２Ｃ　１２．００００

１）１Ｈの質量×２＞２Ｈの質量＋電子１つの質量
　　　（電子１つの質量は原子質量単位で表すと０．０００５６です。）
　これは
　　陽子の質量×２＞２Ｈの原子核の質量
　ということと同じです。中性子１つの質量は陽子１つの質量よりも大きいはずですから不思議ですね。
２）２Ｈの質量×２＞４Ｈｅの質量
３）２Ｈの質量×６＞１２Ｃの質量
４）４Ｈｅの質量×３＞１２Ｃの質量

なぜこういう値が出てくるのでしょうか。
陽子と中性子が組み合わさって原子核をつくると質量はばらばらの状態での陽子の質量と中性子の質量の和よりも小さくなっています。結合が生じると結合のエネルギーの分だけ安定になります。エネルギーの総量が減少しています。エネルギーが少なくなっているということは質量が少なくなっているということと同じことであるというのがアインシュタインの相対性理論の結果です。＃１で引用されているサイトはそのことについて説明しています。

お礼

よく理解できました。
これですっきりしました。
有難うございました。

回答No.1

fjnobu

それを質量欠損と言います。
原子爆弾のエネルギーになっているのです。
参考にしてください。

参考URL：

http://www.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld3/3Part2/3P23/nuclear_mass.htm

お礼

段々と分かってきました。
納得です。
有難うございました。