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原子質量（m aまたはm）は、単一の原子の質量です。原子質量は主に原子核内の陽子と中性子の合計質量から成り、電子と核結合エネルギーからの寄与はわずかです。[ 1 ]原子、イオン、または原子核の原子質量は、質量欠損（質量エネルギー等価性：E = mc 2で説明）のため、構成要素である陽子、中性子、および電子の質量の合計よりもわずかに小さくなります。
原子質量は、ダルトン (Da) (別名、統一原子質量単位 (u)) で測定されることが多い。1 ダルトンは、原子質量定数m u = m ( 12 C) /12 = 1 Daで与えられる、自然状態の炭素 12原子の質量+ 1 / 12に等しい。ここで、m ( 12 C)は炭素 12 の原子質量である。したがって、ダルトンで表した核種の原子質量の数値は、その質量数に近い。
相対同位体質量（下記のセクションを参照）は、同位体の原子質量m aを原子質量定数m uで割ることによって得られ、無次元値が得られます。したがって、炭素12原子m ( 12 C )の原子質量は次のようになります。定義上は12 Daですが、炭素 12 原子の相対同位体質量A r ( 12 C )は単純に 12 です。分子内のすべての原子の相対同位体質量の合計が相対分子質量です。
同位体の原子量および相対同位体質量は、ある元素の特定の同位体について定義されます。物質は通常、同位体的に純粋ではないため、元素の平均原子量を同位体の存在比で加重平均した元素原子量を用いるのが便利です。無次元（標準）原子量は、（典型的な天然に存在する）同位体混合物の相対同位体質量の加重平均です。
相対同位体質量（単一原子の特性）は、平均原子量（上記参照）と混同してはならない。平均原子量とは、ある化学元素の特定のサンプルに含まれる多数の原子の値の平均値である。
原子質量は絶対質量であるのに対し、相対同位体質量は無次元数であり、単位を持ちません。この単位の喪失は、炭素12を基準としたスケーリング比を用いることによるものであり、「相対同位体質量」という用語の「相対」という言葉は、この炭素12に対するスケーリングを指しています。
相対同位体質量とは、特定の同位体（具体的には、任意の単一核種）の質量を炭素12の質量で割った値であり、後者は実験的に決定する必要がある。言い換えれば、同位体または核種の相対同位体質量とは、炭素12原子の質量の + 1 / 12 に対する同位体の質量である。
例えば、炭素12原子の相対同位体質量は正確に12です。比較のために、炭素12原子の原子質量は正確に12ダルトンです。あるいは、炭素12原子の原子質量は他の質量単位で表すこともできます。例えば、炭素12原子の原子質量は1.992 646 882 70 (62) × 10 −26 kg。
関連する原子質量をダルトンで表した場合と同様に、炭素12以外の核種の相対同位体質量数は整数ではなく、常に整数に近い値となる。これについては以下で詳しく説明する。
原子質量または相対同位体質量は、相対原子質量（原子量とも呼ばれる）または標準原子量（標準化された原子量の特定の種類）の同義語として混同されたり、誤って使用されたりすることがあります。しかし、序論で述べたように、原子質量は絶対質量であり、他のすべての用語は無次元です。相対原子質量と標準原子量は、単一の核種ではなく、元素サンプル中の相対原子質量の（存在比加重）平均値を表す用語です。相対原子質量と標準原子量が相対同位体質量と同じになるのは、安定同位体が1つしかない元素の場合のみです。
原子質量（相対同位体質量）は、単一の原子、つまり単一の同位体（核種）の質量として定義され、相対原子質量／原子量の場合のように存在比で加重平均した値ではありません。したがって、化学元素の各同位体および核種の原子質量または相対同位体質量は、高精度で測定できる数値です。なぜなら、同じエネルギー状態にある特定の種類のすべての原子、および特定の核種のすべての試料は質量が同一であるため、そのような核種のすべての試料は他のすべての試料と質量が同一だからです。たとえば、酸素16のすべての原子は、まったく同じ原子質量（相対同位体質量）を持っています。
天然に存在する同位体が1種類しかない元素（単核元素）または主要な同位体が1種類しかない元素の場合、最も一般的な同位体の原子量と（標準）相対原子量または（標準）原子量との差はゼロか、ほとんどの計算に影響を与えないほど小さい。複数の同位体が有意な量で存在する元素の場合、個々の原子の質量は、すべての同位体の平均値とは異なる。
複数の同位体を持つ元素の場合、最も一般的な同位体の相対質量との相対原子質量（原子量）の数値的な差は、0.5質量単位以上になることがあります（例えば、塩素の場合、原子量と標準原子量は約35.45です）。まれな同位体の原子質量（相対同位体質量）は、相対原子質量、原子量、または標準原子量と数質量単位異なることがあります。
相対同位体質量は常に整数値に近いが、（炭素12の場合を除いて）決して正確に整数値にはならない。理由は2つある。
原子質量と質量数（核子の数）の比率は、0.998 838 1346 (51) 56 Feから1.007 825 031 898 (14) 1 H用。
核結合エネルギーによる質量欠損は、実験的には同数の自由核子の質量のごく一部（1%未満）に過ぎません。他の原子に比べて中程度に強く結合している炭素12の核子あたりの平均質量と比較すると、ほとんどの原子の結合による質量欠損はダルトンのさらに小さな割合です。自由陽子と中性子の質量はダルトンのごく一部だけ異なるため（1.388 449 33 (49) × 10 −3 Da ) [ 4 ]相対同位体質量、またはダルトンで与えられた任意の核種の原子質量を最も近い整数に丸めると、常に核子数、つまり質量数が得られます。さらに、質量数（核子数）から陽子数（原子番号）を差し引くことで、中性子数（中性子数）を導き出すことができます。
原子質量と質量数の比が1からどれだけずれるかは、次のとおりです。ずれは水素-1で正の値から始まり、ヘリウム-4で局所的な最小値に達するまで減少します。リチウム、ベリリウム、ホウ素の同位体は、質量対質量数の比が増加することからわかるように、ヘリウムよりも結合力が弱いです。
炭素では、質量（ダルトン単位）と質量数の比は 1 と定義され、炭素以降は 1 未満になり、鉄 56で最小値に達し（鉄 58 とニッケル 62ではわずかに高い値になります）、その後、原子番号の増加とともに重い同位体で正の値に増加します。これは、ジルコニウムより重い元素での核分裂はエネルギーを生成し、ニオブより軽い元素での核分裂はエネルギーを必要とするという事実に対応します。一方、スカンジウムより軽い元素（ヘリウムを除く）の 2 つの原子の核融合はエネルギーを生成しますが、カルシウムより重い元素での融合はエネルギーを必要とします。 2 つの4 He原子の融合によってベリリウム 8が生成されるにはエネルギーが必要であり、ベリリウムはすぐに再び崩壊します。4 He はトリチウム（3 H ）または3 He と融合することができます。これらのプロセスはビッグバン原子核合成中に起こりました。 7個以上の核子を持つ元素の形成には、リチウム、ベリリウム、ホウ素を飛ばして炭素12を生成するトリプルアルファ反応で3個の4He原子を融合させる必要がある。
原子質量と質量数の比の値をいくつか示します。[ 5 ]
質量分析法を用いることで、原子の質量を直接比較・測定することができる。
分子についても同様の定義が適用されます。化合物の分子量は、構成原子の原子量（標準原子量ではない）を合計することで計算できます。一方、モル質量は通常、標準原子量（原子量や核種質量ではない）から計算されます。したがって、分子量とモル質量は数値がわずかに異なり、異なる概念を表しています。分子量は分子の質量であり、構成原子の質量の合計です。モル質量は、化学的に純粋だが同位体的に不均一な集合体における構成分子の質量の平均です。どちらの場合も、原子の多重度（出現回数）を考慮する必要があり、通常は各原子の質量にその多重度を乗じることで計算します。
相対原子質量を最初に決定した科学者は、1803年から1805年にかけてのジョン・ドルトンとトーマス・トムソン、そして1808年から1826年にかけてのイェンス・ヤコブ・ベルセリウスでした。相対原子質量（原子量）は、当初は最も軽い元素である水素の原子質量を1.00として定義され、1820年代には、プラウトの仮説で、すべての元素の原子質量は水素の原子質量の正確な倍数になるだろうとされました。しかし、ベルセリウスはすぐに、これは近似的にも正しくないことを証明し、塩素などの一部の元素では、相対原子質量は約35.5で、水素の原子質量の2つの整数倍のほぼちょうど中間に位置することを明らかにしました。さらに後になって、これは主に同位体の混合によるものであり、純粋な同位体、つまり核種の原子質量は、約1%以内の誤差で水素の原子質量の倍数であることが示されました。
1860年代、スタニスラオ・カンニッツァーロはアボガドロの法則を適用して相対原子質量を改良した（特に1860年のカールスルーエ会議において）。彼は元素の相対原子質量を決定する法則を定式化した。すなわち、異なる分子に含まれる同じ元素の異なる量はすべて原子量の整数倍であり、問題の化学元素を1つ以上含む分子と気体の集合の蒸気密度を比較することによって相対原子質量と分子量を決定した。[ 6 ]
20世紀、1960年代まで、化学者と物理学者は2つの異なる原子質量尺度を使用していた。化学者は「原子質量単位」（amu）尺度を使用し、酸素同位体の天然混合物の原子質量を16とした。一方、物理学者は最も一般的な酸素同位体（陽子8個と中性子8個を含む¹⁶O）の原子質量にのみ同じ数値16を割り当てた。しかし、天然の酸素には酸素17と酸素18も存在するため、原子質量表は2つに分かれていた。炭素12（ ¹²C ）に基づく統一尺度は、純粋な同位体に基づいて尺度を構築するという物理学者のニーズを満たしつつ、化学者の尺度と数値的にも近いものであった。これが「統一原子質量単位」として採用された。現在の国際単位系（SI）では、この単位の名称としてダルトン（Da）が推奨されている。 「統一原子質量単位」という名称と記号「u」は、同じ単位を表す名称および記号として認められている。[ 7 ]
原子量という用語は徐々に廃止されつつあり、現在ではほとんどの場合、相対原子質量に置き換えられています。この用語の変更は1960年代に遡り、統一原子質量単位の採用と、重量が何らかの点で不適切な用語であるという認識によって引き起こされた科学界での多くの議論の的となってきました。「原子量」という用語を維持する主な理由は、それがその分野の人々にとってよく理解されている用語であること、「原子質量」という用語がすでに使用されていること（現在の定義による）、そして「相対原子質量」という用語が相対同位体質量（特定の核種の単一原子の質量を炭素12の質量の1/12に対して無次元で表したもの。上記のセクションを参照）と混同されやすいことでした。
1979年、妥協案として「相対原子質量」という用語が原子量の副次的な同義語として導入された。それから20年後、これらの同義語の優劣が逆転し、現在では「相対原子質量」という用語が優先的に用いられるようになった。
しかし、「標準原子量」（異なるサンプルの標準化された期待原子量を指す）という用語は変更されていません[ 8 ]。なぜなら、「原子量」を「相対原子質量」に単純に置き換えると、「標準相対原子質量」という用語になってしまうからです。