相対原子質量

相対原子質量（記号：A _r、時にはRAMまたはramと略される）は、非推奨の同義語である原子量としても知られ、特定のサンプル中の化学元素の原子の平均質量と原子質量定数の比として定義される無次元の物理量です。原子質量定数（記号：m _{u ）は}次のように定義されます。1/12⁠炭素12原子の質量。 ^{[1] [2]}比の量は両方とも質量なので、結果として得られる値は無次元です。これらの定義は、SIの2019年改訂後も有効です[ 3 ] ^{: 134。  [a] [b]}

特定のサンプルの場合、特定の元素の相対原子質量は、サンプル内に存在する個々の原子（その同位体すべてを含む）の質量の加重算術平均です。サンプルの起源（したがって放射能履歴または拡散履歴）によって、同位体存在比の組み合わせがさまざまな比率で生成されている可能性があるため、この量はサンプル間で大幅に異なる場合があります。たとえば、安定した炭素 12 と炭素 13同位体の混合が異なるため、火山メタンからの元素炭素サンプルは、植物または動物の組織から収集されたものとは異なる相対原子質量を持ちます。

より一般的でより具体的な量である標準原子量( A _r,standard ) は、多くの異なるサンプルから得られた相対原子質量値を応用したものです。地球から採取されたさまざまなソースから、特定の元素の原子の相対原子質量値の予想される範囲として解釈されることもあります。^[8]「原子量」は、標準原子量の同義語として、しばしば曖昧かつ誤って使用されます (標準原子量は単一のサンプルからのものではないため、これは誤りです)。それでも、標準原子量は、相対原子質量の最も広く公表されている変形です。

さらに、少なくとも1960年代以降、「相対原子質量」ではなく「原子量」という用語が使用され続けていることは、主に物理学における重量と質量の技術的な違いが原因で、かなりの論争を呼んでいます。^{[9]それでも、両方の用語は}IUPACによって正式に認可されています。現在、「相対原子質量」という用語が「原子量」に取って代わって推奨される用語になっているようですが、「標準原子量」という用語（より正確な「標準相対原子質量」ではなく）は引き続き使用されています。

相対原子質量は、平均原子質量、つまり特定のサンプルに含まれる特定の化学元素のすべての原子の原子質量の加重平均によって決定され、それが炭素12の原子質量と比較されます。 ^{[10]この比較は2つの重量の商であり、値は無次元（単位なし）になります。この商は}相対的という言葉の意味も説明しています。つまり、サンプルの質量値は炭素12の質量値に対する相対的なものとして考えられます。

これは原子量の同義語ですが、相対同位体質量と混同しないでください。相対原子質量は標準原子量の同義語としても頻繁に使用され、これらの量は、定義された条件下における地球上の元素の相対原子質量が使用されている場合、重複する値を持つことがあります。ただし、相対原子質量 (原子量) は、単一のサンプルから得られた原子にのみ適用されるため、標準原子量とは技術的に異なります。また、標準原子量は複数のサンプルの平均であり、地上の供給源からのみであるのに対し、相対原子質量は地上のサンプルに限定されません。したがって、相対原子質量はより一般的な用語であり、地球の平均とは大幅に異なるか、標準原子量に反映されるものとは異なる確実性(有効数字の数など) を反映する可能性のある、地球以外の環境または非常に特殊な地上環境から採取されたサンプルをより広く指すことができます。

一般的な IUPAC の定義 (「ゴールドブック」より抜粋) は次のとおりです。

原子量– 相対原子質量を参照^[11]

そして

相対原子質量（原子量） – 原子の平均質量と統一原子質量単位の比。^[12]

ここで「統一原子質量単位」とは、基底状態の^12C原子の質量の1/12を指します。^[13]

相対原子質量の IUPAC定義^{[1]は以下の通りである。}

^{特定の供給源からの元素の原子量（相対原子質量）は、その元素の原子あたりの平均質量と12} C原子の質量の 1/12 との比です。

定義では意図的に「原子量…」と明記されているが、これは元素の相対原子質量が供給源によって異なるためである。例えば、トルコ産のホウ素はカリフォルニア産のホウ素よりも相対原子質量が低いが、これは同位体組成が異なるためである。^{[14] [15]しかし、}同位体分析のコストと難しさを考えると、化学研究室ではどこにでもある標準原子量の表の値を代わりに使うのが一般的であり、これはIUPACの同位体存在比と原子量に関する委員会（CIAAW）によって2年ごとに改訂されている。 ^[16]

原子質量単位（記号： amuまたはamu）に基づく古い（1961 年以前）歴史的な相対スケールでは、酸素 16 相対同位体質量または酸素相対原子質量（つまり、原子量）のいずれかを参照に使用していました。これらの問題の解決方法については、 現代の統一原子質量単位の歴史に関する記事を参照してください。

IUPAC委員会CIAAWは、地球上の相対的な原子質量 (または原子量) の期待間隔値を標準原子量と呼んでいます。標準原子量では、放射能に関して、放射源が地球上の天然のものであり、安定していることが求められます。また、研究プロセスにも要件があります。CIAAW は、84 の安定した元素についてこの標準原子量を決定しました。これらの値は広く公開されており、医薬品や商業取引などの実際の物質の元素の「原子量」として広く知られています。

また、CIAAW は、要約された（四捨五入された）値と簡略化された値（地球上のソースが体系的に変化する場合）を公表しています。

原子質量( m _a ) は、単一原子の質量です。これは特定の同位体の質量を定義し、相対的な原子質量を決定するための入力値です。3 つのシリコン同位体の例を以下に示します。原子質量の便利な質量単位はダルトン( Da) で、統一原子質量単位 (u) とも呼ばれます。

相対同位体質量は、単一原子の質量と原子質量定数( m _u = 1 Da )の比です。この比は無次元です。

現代の相対原子質量（特定の元素サンプルに固有の用語）は、サンプルの原子質量（各核種について）と同位体組成の測定値から計算されます。非常に正確な原子質量は、事実上すべての非放射性核種について利用可能です^{[17] [18]が、同位体組成は高精度で測定するのが難しく、サンプル間の変動の影響を受けやすいです。 [19] [20]}このため、22の単核元素の相対原子質量（これらの元素の個々の天然核種の同位体質量と同じ）は、特に高い精度で知られています。たとえば、フッ素の相対原子質量の不確かさはわずか3800万分の1で、これはアボガドロ定数の現在の最高値（2000万分の1）よりも高い精度です。

この計算は、相対的な原子質量が計測学で特に重要なシリコンを例に挙げて行われます。シリコンは、自然界では²⁸ Si、²⁹ Si、³⁰ Siの 3 つの同位体の混合物として存在します。これらの核種の原子質量は、^{28 Si の場合は 140 億分の 1、その他の場合は約 10 億分の 1 の精度で知られています。ただし、同位体の}自然存在比の範囲は、標準存在比が約 ±0.001% までしか与えられないほどです (表を参照)。

計算は次のようになります。

A _r (Si) = (27.976 93 ×0.922 297 ) + (28.976 49 ×0.046 832 ) + (29.973 77 ×0.030 872 ) =28.0854

不確かさの推定は複雑であり^[21]、特にサンプル分布が必ずしも対称的ではないためである。IUPAC標準相対原子質量は推定対称不確かさとともに引用されており^[22]、シリコンの値は28.0855(3)である。この値の相対標準不確かさは10 ⁻⁵または 10 ppm。

測定による不確実性以外にも、一部の元素は発生源によって変動があります。つまり、発生源（海水、岩石）が異なれば放射能履歴も異なり、同位体組成も異なります。この自然変動を反映するため、IUPACは2010年に10元素の標準相対原子質量を固定数ではなく間隔でリストすることを決定しました。^[23]

• 国際純正・応用化学連合(IUPAC)
• 同位体存在比と原子量に関する委員会(CIAAW)

• Possolo, Antonio; van der Veen, Adriaan MH; Meija, Juris; Brynn Hibbert, D. (2018-01-04). 「標準原子量の不確実性の解釈と伝播 (IUPAC 技術レポート)」.純粋および応用化学. 90 (2): 395–424. doi : 10.1515/pac-2016-0402 . S2CID  145931362. 2019-02-08に取得.

• IUPAC 同位体存在比と原子量に関する委員会
• NISTの全同位体の相対原子質量と元素の標準原子量
• 標準原子量