相對(duì)原子質(zhì)量(Ar)是以一個(gè)碳-12原子質(zhì)量的1/12作為標(biāo)準(zhǔn)，任何一種原子的平均原子質(zhì)量跟一個(gè)碳-12原子質(zhì)量的1/12的比值，稱為該原子的相對(duì)原子質(zhì)量。

讓我們從道爾頓在18世紀(jì)末19世紀(jì)初建立的原子論說(shuō)起。道爾頓根據(jù)他所建立的原子論導(dǎo)出了倍比定律(這時(shí)倍比定律與定比定律已經(jīng)形成)，并提出了相對(duì)原子質(zhì)量的概念。1803年，他規(guī)定了H的相對(duì)原子質(zhì)量為1(雖然他正式發(fā)布他的原子論是在1805年)。

那時(shí)人們已經(jīng)知道水中氫氧質(zhì)量比為1:8，道爾頓無(wú)從知道水中氫氧原子的比例，他就根據(jù)思維經(jīng)濟(jì)原則武斷地決定，水分子是由一個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子構(gòu)成的，所以氧的相對(duì)原子質(zhì)量是8，道爾頓是相對(duì)原子質(zhì)量測(cè)量的開(kāi)山始祖。

H原子(準(zhǔn)確的說(shuō)是氕)是由1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子構(gòu)成的，不含有中子。而其他原子都是既有質(zhì)子也有中子的。中子的靜止質(zhì)量為1.6749547×10^-24g，質(zhì)子的靜止質(zhì)量為1.6726491×10^-24g，中子是比質(zhì)子重的0.138%的，這一部分就能讓那些有很多中子的原子離整數(shù)差得更遠(yuǎn)(雖然有質(zhì)量虧損)。

貝采里烏斯，他是第一位把相對(duì)原子質(zhì)量測(cè)得比較精確的化學(xué)家。他用了近二十年的時(shí)間，在極其簡(jiǎn)陋的實(shí)驗(yàn)室里測(cè)定了大約兩千種化合物的化合量，并據(jù)此在1814～1826年的12年里連續(xù)發(fā)表了三張相對(duì)原子質(zhì)量表，所列元素多達(dá)49種。

貝采里烏斯還發(fā)現(xiàn)2體積氫氣與1體積氧氣生成2體積水蒸汽(忽略氫鍵影響)，所以他認(rèn)為水中氫原子數(shù)量是氧原子數(shù)量的2倍。

貝采里烏斯覺(jué)得氧形成的化合物比氫形成的化合物要多得多，他采用以氧的相對(duì)原子質(zhì)量為100的標(biāo)準(zhǔn)，取代了道爾頓的相對(duì)原子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。他糾正了很多相對(duì)原子質(zhì)量的錯(cuò)誤，比如O的相對(duì)原子質(zhì)量已經(jīng)是H的16倍了，H為6.64，它更符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)，所以就被廣大化學(xué)家采納了。

1860年，康尼查羅在德國(guó)卡爾斯魯厄國(guó)際化學(xué)家代表大會(huì)上論證了原子-分子學(xué)說(shuō)。在根據(jù)蒸氣密度法測(cè)定分子量的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)合理的測(cè)定相對(duì)原子質(zhì)量的方案：“因?yàn)橐粋€(gè)分子中所含各種原子的數(shù)目必然都是整數(shù)，因此，在重量等于分子量值的某物質(zhì)中，某元素的重量一定是其相對(duì)原子質(zhì)量的整數(shù)倍。如果我們考查一系列含某一元素的化合物，其中必有一種或幾種化合物中只含有一個(gè)原子的這種元素，那么，在一系列該元素的重量值中，那個(gè)最小值，即為該元素的大約相對(duì)原子質(zhì)量?！?/p>

也許是人們實(shí)在受不了那么多小數(shù)，也是在1860年斯塔斯建議把氧的相對(duì)原子質(zhì)量定為了16，這樣就又有很多是接近整數(shù)的了，更重要的是，他將天平的靈敏度提高到0.03mg，將很多元素的相對(duì)原子質(zhì)量的測(cè)量值測(cè)到了小數(shù)點(diǎn)后4位。

氧的三種同位素中，O-16是最多的，占99.76%，而O-17和O-18分別是0.04%和0.20%，所以氧的相對(duì)原子質(zhì)量為16，基本就反過(guò)來(lái)決定了O-16也差不多為16，因?yàn)槟菚r(shí)候人們雖然不知道有同位素，但是從實(shí)驗(yàn)的效果上來(lái)看，他們規(guī)定的是氧的各種同位素的相對(duì)原子質(zhì)量的加權(quán)平均數(shù)為16。

O-16核素有8個(gè)質(zhì)子、8個(gè)中子和16個(gè)電子構(gòu)成，所以這時(shí)的單位1相當(dāng)于是1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)中子的平均質(zhì)量與1個(gè)電子的質(zhì)量的和(精確來(lái)說(shuō)不同于它們的靜止質(zhì)量，因?yàn)橛匈|(zhì)量虧損)，這樣對(duì)很多其他元素的相對(duì)原子質(zhì)量更接近整數(shù)有所幫助，因?yàn)楹芏噍p元素的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都是相同的。

接下來(lái)到了20世紀(jì)，湯姆森和盧瑟福相繼發(fā)現(xiàn)了電子、原子核，在1912年人們發(fā)現(xiàn)了同位素可能存在的證據(jù)并于1913年成功找到的同位素，此后又在1929年發(fā)現(xiàn)了氧是有同位素的!

試想一下，一直以來(lái)作為“標(biāo)準(zhǔn)秤砣”的氧原子居然有3種啊，這不是亂套了嗎?物理學(xué)家認(rèn)為，沒(méi)有一種氧原子的相對(duì)原子質(zhì)量是16，因?yàn)?6只是三種氧原子的加權(quán)平均數(shù)，這種“混合平均的氧原子”是不存在的，之前相對(duì)原子質(zhì)量的規(guī)定是荒謬的。

所以質(zhì)譜儀的發(fā)明者阿斯通規(guī)定，以O(shè)-16原子的質(zhì)量的1/16定為相對(duì)原子質(zhì)量的單位，O-16的相對(duì)原子質(zhì)量為16.0000，元素的相對(duì)原子質(zhì)量規(guī)定為各同位素原子的加權(quán)平均數(shù)。這個(gè)定義與之前的定義主要有兩個(gè)差別，一是將“O”改為了“O-16”，二是把相對(duì)原子質(zhì)量16改為了16.0000(體現(xiàn)出大部分相對(duì)原子質(zhì)量不是整數(shù)為普遍現(xiàn)象)。

1959年，馬陶赫在國(guó)際純粹與應(yīng)用物理學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAP)于慕尼黑召開(kāi)的大會(huì)上，建議以C-12原子的1/12作為相對(duì)原子質(zhì)量的單位，即他建議以Ar(C-12)=12.0000取代Ar(O-16)=16.0000。

1960年得到了IUPAP的通過(guò)，然后IUPAP以新標(biāo)準(zhǔn)與化學(xué)的舊相對(duì)原子質(zhì)量相比幾乎完全一樣，將這個(gè)新的相對(duì)原子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提交給IUPAC考慮。IUPAC經(jīng)過(guò)考慮后，初步?jīng)Q定接受(有臺(tái)階下了，呼呼)，并在1961年在蒙特利召開(kāi)的大會(huì)上予以正式通過(guò)。

為什么馬陶赫建議將標(biāo)準(zhǔn)改為了Ar(C-12)=12.0000呢?原因有以下幾點(diǎn)。

1、測(cè)量相對(duì)原子質(zhì)量的精確方法已經(jīng)改為了質(zhì)譜法，質(zhì)譜儀中碳元素是次級(jí)基準(zhǔn)，即用C-12做標(biāo)準(zhǔn)是很可靠的，因?yàn)樘荚乜梢孕纬珊芏嘤袡C(jī)物，可以形成很多很多較重的(即分子量較大的)分子離子，這樣可以測(cè)量的物種很多，對(duì)于減小相對(duì)誤差是有好處的，其他元素不具備這種優(yōu)越條件;

2、自然界中的C-12的豐度是很穩(wěn)定的，并且是大量的;

3、1950年開(kāi)始物理學(xué)界已經(jīng)開(kāi)始推廣以C-12為12.0000的標(biāo)準(zhǔn)了，并且在物理學(xué)界取得了一定支持;

4、物理學(xué)家可以接受這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗cO-16一樣，同樣是以一種核素作為標(biāo)準(zhǔn)的，是“嚴(yán)謹(jǐn)”的;

5、化學(xué)家可以接受這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)榕c之前按O-16為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的相對(duì)誤為275ppm(百萬(wàn)分之二百七十五，ppm表示百萬(wàn)分之一)相比，新標(biāo)準(zhǔn)與舊的相對(duì)原子質(zhì)量的相對(duì)誤差為42ppm，與化學(xué)家傳統(tǒng)使用的相對(duì)原子質(zhì)量幾乎完全一樣，因?yàn)镺的平均相對(duì)原子質(zhì)量的1/16恰好與C-12的1/12極其接近，也因此現(xiàn)在的相對(duì)原子質(zhì)量最接近整數(shù)的元素不是H=1.008，也不是C=12.011，而是O=15.999。

當(dāng)我們計(jì)算一個(gè)水分子的質(zhì)量是多少時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)計(jì)算起來(lái)極不方便(一個(gè)水分子是由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子組成的)。若是計(jì)算其它更復(fù)雜的分子質(zhì)量時(shí)那就更麻煩了。因此國(guó)際上規(guī)定采用相對(duì)原子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量來(lái)表示原子、分子的質(zhì)量關(guān)系。

國(guó)際規(guī)定把一個(gè)碳-12原子的質(zhì)量分為12等份。那每一份的質(zhì)量就是：一個(gè)原子的質(zhì)量/(1/12×一個(gè)碳-12原子的質(zhì)量)=一個(gè)原子的質(zhì)量/1.667e-27kg。計(jì)算方法(1.993e-26)/12=1.667e-27千克。

然后再把其它某種原子的實(shí)際質(zhì)量與這個(gè)數(shù)相比后所得的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果的數(shù)值就叫做這種原子的相對(duì)原子質(zhì)量。如氧原子的相對(duì)原子質(zhì)量求法為：(2.657e-26)/(1.667e-27)=16，即氧原子的相對(duì)原子質(zhì)量約為16，我們?cè)谟?jì)算時(shí)就采用16。這樣就要簡(jiǎn)便得多。

注：碳原子有好幾種，其中有一種碳原子它的原子核中含6個(gè)質(zhì)子和6個(gè)中子，加起來(lái)是12，所以把它稱為碳-12。當(dāng)然還有其它如碳-14等，它含有8個(gè)中子和6個(gè)質(zhì)子加起為14。國(guó)際上之所以要選用碳-12而不用碳-14是因?yàn)楫?dāng)選用碳-12原子作標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其它原子的相對(duì)原子質(zhì)量都接近整數(shù)，便于記憶與使用。

相對(duì)原子質(zhì)量=某種原子的質(zhì)量/一種碳原子質(zhì)量的(1/12)

相對(duì)原子質(zhì)量=(原子核質(zhì)量+核外電子質(zhì)量)/[(1/12)mC]

相對(duì)原子質(zhì)量≈原子核質(zhì)量/[(1/12)mC]

相對(duì)原子質(zhì)量≈(質(zhì)子的質(zhì)量+中子的質(zhì)量)/[(1/12)mC]

相對(duì)原子質(zhì)量≈[質(zhì)子數(shù)×一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量+中子數(shù)×一個(gè)中子的質(zhì)量]/[(1/12)mC]

相對(duì)原子質(zhì)量≈[質(zhì)子數(shù)×(1/12)mC+中子數(shù)×(1/12)mC]/[(1/12)mC]

相對(duì)原子質(zhì)量≈質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)