【高校化学基礎】原子量・分子量・式量【授業図鑑】

2026年11月9日 2026年11月9日 sfblabo

原子量や分子量、式量の計算は、原子量を調べて足し合わせれば答えを求められます。
しかし、計算ができても、「その数値は何を表しているのか」が曖昧なままになっていることがあります。

今回の記事では、高校化学基礎で扱う原子量・分子量・式量について、相対質量、原子の構造、同位体を確認しながら進める授業実践例を紹介します。

大切にしたいのは、計算方法と、その計算をする理由を結び付けることです。
板書では、次の流れで整理していきます。

相対質量 → 原子の構造と同位体 → 原子量 → 分子量・式量

原子の質量をどのように表すか

最初に考えるのは、「原子１個の質量をそのままgで表すとどうなるか」ということです。
例えば、水素原子¹Hの質量は約1.67 × 10⁻²⁴ gです。
小数で書くと０がいくつも並び、他の原子との比較もしにくくなります。
そこで、ある原子を基準にして、「その基準の何倍か」で表す方法を考えます。
これが相対質量です。
質量数12の炭素原子¹²Cの質量を12と定め、これを基準にして他の原子の質量を表します。
相対質量はあくまで質量どうしの比なので、単位はありません。

板書の「量れない！」は、通常の実験室のはかりで原子１個を直接量れないことを表す導入です。
原子の質量自体は、質量分析などの方法によって調べられています。

相対質量は比例式で求める

相対質量の計算では、実際の質量と相対質量の対応をそろえて書きます。
ここでは、式に数値を代入する前に、「¹²Cを12としたとき、水素原子はどのくらいの値になりそうか」と見通しをもたせます。
比例式の左右で対応するものをそろえると、計算の意味も確認できます。

原子の構造と質量数を確認する

原子量へ進む前に、原子の構造を振り返ります。
原子は原子核と電子からできており、原子核には陽子と中性子があります。
陽子と中性子の質量はほぼ等しく、電子の質量は陽子の約1/1840です。
そのため、原子の質量の大部分は原子核に集中しています。
ここで、次の関係を整理します。

原子番号＝陽子の数

質量数＝陽子の数＋中性子の数

電気的に中性の原子では、電子の数＝陽子の数

注意したいのは、質量数は粒子の個数を合計した整数であり、相対質量そのものではないことです。
先ほど求めた¹Hの相対質量が1.0078であることも、この区別を確かめる材料になります。

原子量を求めるには同位体の理解が必要

次に、水素の同位体を比較します。
水素には軽水素・重水素・三重水素といった同位体ありますが、これらは陽子の数が同じなので、すべて水素という元素に分類されます。
しかし、中性子の数が異なるため、質量数は異なります。
表を見ながら「何が同じで、何が違うか」を確認すると、原子番号・質量数・同位体の関係を整理しやすくなります。

原子量は同位体の存在割合を考えた平均値

元素には、複数の同位体が存在するものがあります。
それぞれの相対質量を存在割合に応じて平均した値が原子量です。
ここでつまずきやすいのが、「存在割合に応じて平均した値」という部分です。
大半の生徒はこの言葉を耳にしても意味がわからないと感じますが、私の授業では体重60 kgの人が３人、50 kgの人が２人いる場合の平均体重を例にして、存在割合を考慮した平均値の求め方のイメージづけをしています。

60と50を足して２で割ると55 kgになりますが、それでは人数の違いが反映されません。
同じ値をもつ人が何人いるかまで含めて平均する必要があります。

原子量も同様です。
同位体の種類の数で割るのではなく、それぞれがどれくらいの割合で存在するかを考えます。
なお、平均体重にはkgという単位がありますが、相対質量の平均である原子量には単位がありません。

ホウ素の原子量を求める

板書の例では、相対質量10.0の¹⁰Bが20％、相対質量11.0の¹¹Bが80％存在するとして計算します。
これらは授業用に丸めた値です。
20％と80％は、原子100個のうち、¹⁰Bが20個、¹¹Bが80個あると考えられます。

計算の前後には、「答えは10.0と11.0の間になるか」「多く存在する11.0の方に近いか」を確認します。
計算結果を、同位体の存在割合と結び付けて判断することが大切です。

原子量が10.8だからといって、質量数10.8のホウ素原子があるわけではありません。
平均体重が56 kgでも、その集団に体重56 kgの人がいるとは限らないことと対応させると、平均値の意味が伝わりやすくなります。

分子量は分子式を読み取って求める

原子量を確認した後は、分子量へ進みます。
分子量は分子を構成する原子の原子量を、個数に応じて足し合わせた値です。
原子量と同じく、単位はありません。
例えば、水H₂Oは水素原子２個と酸素原子１個からできていますが、分子量は以下の板書画像に示すように求めます。

ここで確認したいのは、分子式の右下の小さな数字です。
数字が書かれていない酸素原子も１個含まれているといます。
「どの原子が何個あるか」を先に読み取ってから式を立てると、分子式と計算が結び付きます。

また、最近の生徒の中では、原子量から分子量を求める際に数字を代入した後、掛け算をして値を出すという間違いをしばしば見かけます。
これは数学の影響を強く受けているのかと思いますが、化学式をもとに分子量・式量を求める際は、数学とは違うルールになっていることを生徒に注意するよう指示が必要だと最近は思います。

式量では、括弧と電荷の意味も確認する

塩化ナトリウムのように分子をつくらない物質やイオンについては、式量を用います。
式量は組成式・イオン式にに示された原子の原子量を、個数に応じて足し合わせた値で、単位はありません。
例えば、水酸化カルシウムCa(OH)₂では、括弧の外の２が、括弧内のOとHの両方にかかります。
この場合、Caが１個、Oが２個、Hが２個と数えてから計算すると、括弧の意味を確かめられます。

イオンの式量では、電子の質量が原子に比べて非常に小さいため、高校の通常の計算では電子の増減による質量差を無視します。
そのため、Na⁺の式量は23、Cl⁻の式量は35.5とします。
右上の＋や−は電荷を表し、原子量に＋もしくはーの値を掛けるという意味をもってはいません。

授業で大切にしたいこと

この単元では、計算方法だけを覚えると、相対質量・質量数・原子量が混同されやすくなります。
相対質量では「何を基準にしているか」、原子量では「何をどの割合で平均するか」、分子量・式量では「化学式にどの原子が何個示されているか」を問い直します。

特に、答えを求めた後に、その数値の意味を言葉で説明する場面を設けたいところです。
「なぜホウ素の原子量は11に近いのか」「Ca(OH)₂では、なぜOもHも２個になるのか」と問いかけると、計算の途中にある考え方を確認できます。
こうした理解が、この後に学ぶ物質量やモル質量の土台になります。
その際には、単位のない原子量・分子量・式量と、g/molなどの単位をもつモル質量を区別してつなげていきます。