原子量に単位を付けない理由とは？

質問

• 原子量では相対質量という考え方を採っており、単位は不要とされています。
• ただし、他の物理量では単位が付けられていることが多いため疑問が生じます。
• 原子量には以前には単位が付けられていた時期もありましたが、現在は付けられていません。

回答No.13

101325

■アボガドロ数について
#12補足欄「アボガドロ定数の定義を、１２Ｃ原子１２ｇ中に含まれる原子の個数とし、同一粒子がアボガドロ定数個だけ集まった集団を１モルと呼ぶことにします。アボガドロ定数をＮとすれば」

アボガドロ定数を、アボガドロ数に直したほうがいいです。

変更案１「アボガドロ"数"の定義を、１２Ｃ原子１２ｇ中に含まれる原子の個数とし、同一粒子がアボガドロ"数"個だけ集まった集団の"物質量"を１モルと呼ぶことにします。
アボガドロ"数"をＮとすれば、(以下変更なし)」

理由は二つあります。

◆アボガドロ定数の単位にモルが含まれているのに、モルを定義する前にアボガドロ定数を定義するのは変じゃないですか？

◆「アボガドロ定数個」はＮＧです。なぜなら
　アボガドロ定数≒6.02×10^23[/mol]＝6.02×10^20[/mmol]＝6.02×10^26[/kmol]＝...
なので、アボガドロ定数個は6.02×10^23個かもしれないし6.02×10^20個かもしれないし6.02×10^26個かもしれないし他の個数かもしれないからです。

あるいは、アボガドロ数という言葉を使わないで説明します。

変更案２「１２Ｃ原子１２ｇ中に含まれる原子の個数を N とし、同一粒子が N 個だけ集まった集団の"物質量"を１モルと呼ぶことにします。１ｕ×Ｎ＝１ｇ　　は...(以下変更なし)」

アボガドロ数という言葉を使わない、というIUPACの方針に従うのなら変更案２なのかも知れません。ですけど、変更案１の方が素直な説明だろうと思います。

アボガドロ定数は、アボガドロ数 N とモルから定義することができます。

定義の例「アボガドロ数 N をモルで割ったものを、アボガドロ定数 N[/mol] と呼ぶ。
n[mol]の物質に含まれる粒子数は、アボガドロ定数 N[/mol] を使うと

(粒子数)＝(アボガドロ定数)×(物質量)
　　　　＝N[/mol]×n[mol]
　　　　＝(N÷mol)×(n×mol)
　　　　＝N×n

と求めることができる。」(高校理科で使われている [ ] を使った単位の表記法に私は慣れていないので、不自然な表現になっているかもしれません。適当に修正してください)

昔風に書けば、こんな面倒なことしないでも

(粒子数)＝(アボガドロ数)×(モル数)
　　　　＝N×n

で済んだのですけど、今は「モル数」も使うべきではないとされているので、面倒なことになっています。もしかしたらアボガドロ数は高校化学の教科書に今でも載っているかもしれませんけど、「モル数」は、未確認ですが、絶対に載ってないと思います(「グラム数」が教科書に載っていないのと同じ理由です)。

■同位体原子１個の質量について
> ただ同位体原子１個の質量は相対質量なので単位なしになっています。
> 化学の学会でも当然そのように扱っているものと思っていました

実際の化学の現場では、原子１個や分子１個の質量は相対質量で単位なし、であることが多いのですけど、IUPACでは u を使うことを推奨しています。また、 u を使うべきだと主張（啓蒙）している人も多いです。

なお、実際の化学の現場では、分子量とモル質量の区別のついてない人も多いですし、物質量よりもモル数を好む人も多いです。例えば、教科書的には

　(モル質量)＝(質量)×(物質量)

とする場面で

　(分子量)＝(グラム数)×(モル数)

とする人は多いです。

■同位体と核種の用語の違い
例１：炭素には安定核種がふたつある。炭素12と炭素13は、“互いに”同位体である。
例２：フッ素には安定核種がひとつしかない。フッ素には安定同位体がない。

というように、この二つの用語の意味は違います。ですけど、核種という用語を同位体という用語で代用しても、さほど問題がない場面が多いです。#12では原子量表(2013)の記述にあわせましたが、同位体のままでも大丈夫だと思います。

■（新４）の〔式１〕に出てくる「粒子の質量」について
ごめんなさい。訂正があります。#12の回答文中にある「粒子の質量」は、すべて「粒子の平均質量」に置き換えてください。そして「粒子の平均質量は、粒子の質量の相加平均(算術平均)で定義する」という一文を加えてください。

> 例えばその粒子として炭素原子をとった場合、その原子量は約１２．０１ですから、　「粒子の質量」＝１２．０１ｕ　　としますね。

はい。そうします。（新４）を高校生向けの「同一粒子の集まりからなる物質」に限定した話にするときは、12.01uの質量を持つ仮想粒子としてください。「粒子の質量」を「粒子の平均質量」で置き換えたときは、「粒子の平均質量」＝１２．０１ｕ としてください。

■原子量はお飾り？
> ここでも粒子の質量をｕで割った原子量は単なるお飾りであり

そうですね。お飾りです。

（新４）の[式１]は、一見不可解な式ですけど

　[式１訂正]　(モル質量)＝(粒子の平均質量/u)×(グラム/物質量の単位)

これを

　(物質の質量)÷(物質量)＝(粒子の平均質量/u)×(グラム/物質量の単位)
　(物質の質量/グラム)＝(粒子の平均質量/u)×(物質量/物質量の単位)
　(物質のグラム数)＝(粒子の平均質量/u)×(モル数)

と変形し、最後に(粒子の平均質量/u)を分子量で置き換えると

　(物質のグラム数)＝(分子量)×(モル数)

という昔ながらの式になります。つまり[式１]の元になっているのは、化学の現場に現在いる人たちや昔に化学を習った人たちであれば、誰でも知っている式です。

昔のお仲間の「グラム数」や「モル数」はとっくに教科書から追放されているというのに、「分子量」や「原子量」はなぜかいまだに教科書の中で重要な地位を占めているのですから、「不思議だなあ、残しておかないといけない強い理由があるのかなあ」という疑問をもつのは自然なことなんじゃないかと、私も思います。

お礼

■アボガドロ数とアボガドロ定数には
　アボガドロ数の定義…１２Ｃ原子１２グラム中の炭素原子の数。
（粒子数）＝（アボガドロ定数）×（物質量）←アボガドロ定数の定義式
の違いがあるのでしたね。ご指摘ありがとうございます。

■同位体原子１個の質量について
　私もそれにｕを付けることに賛成です。ｕがついていると、その数値が何を表す量であるかが分かるからです。

◎繰り返しになりますが、私が言いたいのは、（原子量）＝（原子１個の質量をｕを単位にして表したもの）　　として、原子量にｕを付けて表すべきだと言う点だけです。原子量や分子量という言葉は役に立っていると思います。＃１２のお礼の最後に述べましたのは、ｕを付けない値である原子量はやめにして、ｕを付けた値の原子量を使うべきだということだけです。

◎あなたの上の文中の次の箇所（””で括った部分）は不注意ミスかと思います。
　　(モル質量)＝(質量)”／”(物質量)
　　(分子量)＝(グラム数)”／”(モル数)
　例２：フッ素には安定核種がひとつしかない。フッ素には安定同位体が”ひとつしか”ない。

お疲れの中、私のうるさい質問に、ご専門のお立場から最後までご親切にお答えいただき、本当にありがとうございました。大いに感謝いたします。