質量数

質量数（記号A、ドイツ語のAtomgewicht（原子量）に由来） ^{[1] は、}原子質量数または核子数とも呼ばれ 、原子核内の陽子と中性子（合わせて核子）の総数です。これは、原子質量単位で表された原子の原子質量（同位体質量とも呼ばれる）とほぼ等しくなります。陽子と中性子はどちらも重粒子であるため、質量数Aは原子核（および原子またはイオン全体）の重粒子数Bと同一です。質量数は、特定の化学元素の同位体ごとに異なり、質量数と原子番号Zの差が、原子核内の中性子数（N ）を示します。N = A − Z。^[2]  

質量数は元素名の後に書かれるか、元素記号の左側に上付き文字として書かれます。例えば、炭素の最も一般的な同位体は炭素12です。¹²
Ｃ
は、6 個の陽子と 6 個の中性子を持ちます。完全な同位体記号では、元素記号の左側の質量数のすぐ下に、下付き文字として原子番号 ( Z ) も表示されます。¹²
₆Ｃ
^[3 ]

放射性崩壊のさまざまなタイプは、ファジャンスとソディの放射性置換法則に従って、質量数と原子番号の変化によって特徴付けられます。たとえば、ウラン 238 は通常、アルファ崩壊によって崩壊し、原子核はアルファ粒子の形で 2 つの中性子と 2 つの陽子を失います。したがって、原子番号と中性子の数はそれぞれ 2 減少し ( Z : 92 → 90、N : 146 → 144)、質量数は 4 減少します ( A = 238 → 234)。その結果、トリウム 234の原子とアルファ粒子 (⁴
₂彼^2歳以上
): ^[4]

一方、炭素14はベータ崩壊により崩壊し、1つの中性子が電子と反ニュートリノを放出して陽子に変換されます。したがって、原子番号は1増加し（Z：6→7）、質量数は同じまま（A = 14）、中性子の数は1減少します（N：8→7）。^[5] 結果として生じる原子は7つの陽子と7つの中性子を持つ 窒素14です。

ベータ崩壊は、異なる同重体^[6]が数電子質量程度の質量差を持つために起こります。可能であれば、核種はより質量の小さい隣接する同重体へとベータ崩壊します。他の崩壊モードがない場合、ベータ崩壊のカスケードは最も原子質量の小さい同重体で終了します。

質量数の変化を伴わない別のタイプの放射性崩壊は、原子核の核異性体または準安定励起状態からのガンマ線の放出です。このプロセスでは、すべての陽子と中性子が原子核内に変化せずに残るため、質量数も変化しません。

質量数は、原子質量単位（u）で測定された同位体質量の推定値を示します。 ¹² Cの場合、原子質量単位は¹² Cの質量の1/12と定義されているため、同位体質量はちょうど12です。他の同位体の場合、同位体質量は通常、質量数の0.1 u以内です。たとえば、³⁵ Cl（陽子17個と中性子18個）の質量数は35で、同位体質量は34.96885です。^[7]実際の同位体質量から原子の質量数を引いた差は質量超過として知られており、^{[8] 35} Clの場合は-0.03115です。質量超過を質量欠損と混同しないでください。質量欠損は、原子とその構成粒子（つまり、陽子、中性子、電子）の質量の差です。

質量過剰には 2 つの理由があります。

1. ^{中性子は陽子よりわずかに重いです。そのため、陽子と中性子の数が等しい12} Cに基づく原子質量単位スケールに比べて、陽子よりも中性子の数が多い原子核の質量が増加します。
2. 核結合エネルギーは原子核によって異なります。結合エネルギーが大きい原子核は総エネルギーが低く、したがってアインシュタインの質量エネルギー等価関係 E = mc 2 に従って質量も低くなります^。35 Clの場合、同位^体質量は 35 未満であるため、これが支配的な要因であるに違いありません。

質量数は、元素の標準原子量（原子量とも呼ばれる）と混同してはならない。標準原子量とは、その元素の異なる同位体の平均原子質量（存在比で重み付け）と原子質量定数の比である。^[9]原子量は質量比であるのに対し、質量数は数えられた数（つまり整数）である。

この加重平均は、個々の同位体質量の近似整数値とはかなり異なる場合があります。たとえば、塩素には 2 つの主な同位体、塩素 35 と塩素 37 があります。質量分離されていない塩素の任意のサンプルでは、​​塩素原子の約 75% が塩素 35 であり、塩素 37 はわずか 25% です。これにより、塩素の相対原子質量は 35.5 (実際は 35.4527 g/ mol ) になります。

さらに、加重平均質量はほぼ整数になるが、同時に天然同位体の質量に対応しないこともある。例えば、臭素には^79Brと^81Brの2つの安定同位体しかなく、それらはほぼ同量で自然に存在するため、臭素の標準原子質量は80（79.904 g/mol）に近くなるが^[10] 、そのような質量を持つ同位体^80Brは不安定である。

• ビショップ、マーク。「物質と化学元素の構造（第 3 章）」。化学入門。キラル出版。p. 93。ISBN 978-0-9778105-4-3. 2008年7月8日閲覧。