原子量と粒子量について

質問

すべての元素の原子量にgの単位をつけると、その質量の中には6.0*10の23乗個の原子が含まれる。

これはなぜですか？

回答No.4

toraccha · ベストアンサー

関連する量や言葉の意味を確認しておきましょう。

原子量は12Cの質量を基準にして，これを12として相対的にあらわしたものです。

物質量の単位モルはSI基本単位の一つで，次のように定義されています。(参考URLからリンクしたPDF版104ページ)
モルは，0.012キログラムの炭素12の中に存在する原子の数に等しい数の要素粒子を含む系の物質量であり，単位の記号はmolである。

アボガドロ定数はモルの定義にある，「0.012キログラムの炭素12の中に存在する原子の数に等しい数の要素粒子の数」に相当するものです。粒子の数と物質量の比であるため，その単位は /mol になります。測定値から求めたこの値はおよそ6.0×10^23 /molです。

なぜ「6.0*10の23乗個の原子が含まれる」かについては，人間が決めた，質量，原子量，物質量の定義と，人間とは関係なく存在する原子の質量の関係から，測定してみたらそうなっていたとしかいいようがないと思います。(将来，質量の定義が原子の質量などを基準とするように変更されたら，状況が変わる可能性はあります)

では，「元素の原子量にgの単位をつけると，その質量の中に1 molの粒子が含まれる」ということについて考えてみましょう。
ここで，元素Aの原子を考え，
A原子1個の平均質量は12C原子1個の質量のａ倍である。
と仮定します。

すると，原子量の定義より，この元素Aの原子量は12aです。

炭素原子1個の質量(単位はg)をmとすると炭素原子12g中(炭素の原子量12にグラムの単位をつけた量)に含まれる炭素原子の数は
　12÷m　個です。【1】
#ここでの考え方は小学校算数レベルの，(全体の重さ)を(一個の重さ)で割れば個数が求められるという計算です。

Aの原子量にgをつけた質量は 12a gです。
一方，A原子1個の平均質量(単位はg)は12C原子のa倍という仮定からamです。

従って，A原子12a g中のA原子の数は
　12a÷am　＝ 12÷m 個です。【2】

【1】と【2】の値はどちらも12÷mで等しくなっています。
この数が1 molあたりの粒子数で，その測定値はおよそ6.0×10^23個です。

上の考え方は，実際のどの原子のaの値についても成り立ちますから，「すべての元素の原子量にgの単位をつけると、その質量の中には6.0*10の23乗個の原子が含まれる。」ことになります。

参考URL：

http://www.nmij.jp/public/report/translation/IUPAC/

お礼

ご回答ありがとうございます。

回答No.3

sphenis

具体例を挙げて説明します。

Hの原子量は1です。
Heの原子量は4です。
つまり、He原子1個の重さ：H原子1個の重さ＝1：4です。

He原子2個の重さ：H原子2個の重さも1：4です。
He原子10個の重さ：H原子10個の重さも1：4です。

では、He原子6*10の23乗個の重さ：H原子6*10の23乗個の重さは？
勿論、同じく1：4です。

原子量もgもどちらも重さを表します。
同じ数だけ集めれば、重さの比は変わらないのは分かりますよね？

「何故6*10の23乗個なのか？」という事に関しては、♯２さんの仰る通りです。

お礼

ご回答ありがとうございます。

回答No.2

indoken2

原子は、元素ごとに違う種類の小さい粒で出来ています。
粒の重さは、元素の種類ごと違っていて、その重さを「質量数」と呼びます。
本質的な説明は以上でおしまいです。

さて、
一個の重さで統一して質量数を表しても良かったのですが、
昔のことなので、原子一個を取り出して測ることができませんでした。
たまたま基準にした個数が、1個でも100個でも100万個でもなく、
6*10の23乗個（=アボガドロ数）だったのです。

ちなみに、当時の科学者が基準に使ったのは炭素です。
彼らは、炭素の重さを基準に、他の元素の重さを表しました。
炭素12グラムには6*10の23乗くらいの原子が含まれていたので、
他の元素についても同じ数を基準に重さを表すことにした、ということです。

なお、現在の知識では、この数（アボガドロ数）は、
6.02214129(27)*10の23乗くらいという所まで分かっています。

お礼

ご回答ありがとうございます。

回答No.1

noname#160321

>これはなぜですか？

「理由」は誰も知りません。
ただ、今までそれを否定する結果が無いだけです。
科学の知識というものはみんなそんなものばかりです。

補足

ご回答ありがとうございます。

質問がダメでした。

原子量はその原子の質量数ですよね。
それにグラムをつけるとなぜ、6.0*10の23乗になるのでしょうか？
全ての元素において言えることが不思議で、何かそうなる何かがあるのではないかと思い、そういう意味で質問させていただきました。
説明していただけると嬉しいです。