1.2.3 相对原子质量

原子的质量太小，以至于不方便使用常见的质量单位如g，kg进行计算。为了简化，我们可以使用相对原子质量（Ar）（Relative atomic mass）进行计算。

原子的相对原子质量被定义为其质量与C-12原子的质量的1/12的比值，即，规定C-12原子的相对原子质量为12。

元素的相对原子质量为其所有原子的相对原子质量的平均。

下面列出一些常见的元素的相对原子质量。

原子序数	元素名	符号	相对原子质量
1	氢	H	1.008
4	铍	Be	9.012
6	碳	C	12.011
7	氮	N	14.007
8	氧	O	15.999
11	钠	Na	22.990
12	镁	Mg	24.305
17	氯	Cl	35.45
26	铁	Fe	55.845
53	碘	I	126.90

氢元素的3种常见同位素，氕（H-1），氘（H-2），氚（H-3），其相对原子质量分别为1.0078，2.0141，3.0160。自然界中，氕原子的数量占总氢原子的数量的99.9855%（即，氕的同位素丰度为99.9855%），氘为0.0145%，氚极为微量，可忽略不计。对这三种原子的质量做加权平均，即得到氢原子的相对原子质量：1.008。

(1.0078×99.9855%)+(2.0141×0.0145%)+(3.0160×0.0%)≈1.0080

思考1：稳定的氧原子有3种：O-16，O-17，和O-18。其相对原子质量分别为15.9949，16.9991，17.9992，其丰度分别为99.757%，0.038%，0.205%[1]。请用这些数据计算氧元素的相对原子质量。

由于质子与中子的质量接近，而电子的质量很轻，原子的相对原子质量约等于原子的质量数。一个含有11个质子和12个中子的原子（Na-23）的相对原子质量为22.990，与23很接近。

思考2（超纲警告）：碳-12原子含有质子，中子，电子各6个，其相对原子质量为12。氘原子（H-2原子）含有质子，中子，电子各1个，为什么氘原子的相对原子质量不是2整？氧-16原子含有质子，中子，电子各8个，为什么氧-16的相对原子质量不是16整？

12克C-12含有的粒子数是确定的，其数值大约为6.022 × 10²³ 。此数值被定义为阿伏伽德罗常数，符号为N_A。化学中常用"物质的量"（n）（Amount of substance）来描述粒子的数量：当某一块/杯/瓶物质含有N_A个粒子时，其物质的量n为1摩尔（mol）。

n（物质的量）=N（粒子的个数）/N_A

m（质量）=n（物质的量）×A_r（物质的相对原子质量）

比如，一块钠含有10N_A（即6.022 × 10²⁴）个钠原子，其物质的量为10mol。其质量为22.990×10=229.90g。

思考3：阿伏伽德罗常数的单位是什么？

思考4：48.61g的镁条的物质的量是多少？其大约含有多少镁原子？

思考1答案：

(15.9949×99.757%)+(16.9991×0.038%)+(17.9992×0.205%)≈15.999

思考2答案：

这个问题需要用到狭义相对论的知识。

在质子，中子，与电子形成原子核的过程中，一部分的质量转换为了能量并释放，使得原子核的质量总是比组成其的质子，中子，和电子的质量相加要小。有些原子核更稳定，其释放的能量更多，其质量亏损得越大。

可以通过E=mc²计算原子核的结合能。

思考3答案：

n(mol)=N(1)/N_A，所以N_A=6.022 × 10²³ (1/mol)，即6.022 × 10²³ mol^-1。

思考4答案：

m=n×A_r
镁条的物质的量n=m/A_r=48.61/24.305=2.000mol
镁原子的个数N=n×N_A=1.2044×10²⁴个。

对本节内容有贡献的科学家包括：

道尔顿：提出相对原子质量
阿伏伽德罗，佩兰：研究物质的量
理查兹：精确测量超过50种元素的相对原子质量（1914年诺贝尔化学奖）