モル質量
N 個の原子からなる1個の分子の質量 mf は、その分子を構成する原子の原子質量 ma の総和に等しい。
m f = ∑ i = 1 N m a ( i ) {\displaystyle m_{\text{f}}=\sum _{i=1}^{N}m_{\text{a}}(i)}
例えば、三フッ化リン分子1個の質量は、PF3 分子を構成する4個の原子の質量の和に等しい。
mf(PF3) = ma(P) + 3×ma(F) = 88.0 u
原子質量と同様に、個々の分子の質量の単位には統一原子質量単位 u や ダルトン Da が用いられることが多い。
同じ元素の原子でも、同位体により原子質量は異なる。そのため同じ元素の原子から構成される分子であっても、分子に含まれる同位体が違えば分子の質量は異なる。例えば塩素ガス中には、質量の異なる三種類の分子が含まれている。その質量は、mf(Cl2) = 69.9 u, mf(ClCl) = 71.9 u, mf(Cl2) = 73.9 u である。これら三種の分子は、分子の質量は違うものの、化学的な性質はほとんど同じである。そのため普通はこれらの分子に共通の分子式 Cl2 を与えて、まとめて塩素分子という。塩素分子 Cl2 の分子1個分の質量 mf は、これら三種の分子の数平均で与えられる。
mf(Cl2) = 9/16mf(Cl2) + 6/16mf(ClCl) + 1/16mf(Cl2) = 70.
モル質量 M を モル質量定数 Mu で割ったものを相対モル質量 (relative molar mass) Mr と呼ぶ。これは単位を付けない(単位が1の)無次元量である。要素粒子が原子のとき、相対モル質量は相対原子質量 (relative atomic mass) とも呼ばれ、記号 Ar が用いられる。すなわち、元素 E の相対原子質量は、元素 E の原子量 (atomic weight) である。
要素粒子が分子のとき、相対モル質量は相対分子質量 (relative molecular mass) と呼ばれる。歴史的な理由により、相対分子質量は分子量 (molecular weight) とも呼ばれる。すなわち、分子式が X である分子の相対モル質量 Mr(X) は、分子 X の分子量である。
分子量 Mr(X) は単位を付けない(単位が1の)無次元量である。分子量に単位 g/mol をつけたもの(正確には、モル質量定数 Mu を乗じたもの)は、分子のモル質量に等しい。分子量に単位 Da または u をつけたもの(正確には、原子質量定数 mu を乗じたもの)は、分子1個分の質量、すなわち分子の平均質量 mf(X) に等しい。
複数の純物質の混ざり合った混合物では、数平均モル質量 Mn が定義される。
M n = w n = ∑ i n ( X i ) M ( X i ) ∑ i n ( X i ) = ∑ i x ( X i ) M ( X i ) {\displaystyle M_{\text{n}}={\frac {w}{n}}={\frac {\sum _{i}n({\text{X}}_{i})M({\text{X}}_{i})}{\sum _{i}n({\text{X}}_{i})}}=\sum _{i}x({\text{X}}_{i})M({\text{X}}_{i})}
ここで、w と n は混合物試料の質量と物質量であり、それぞれ各成分の質量の総和と物質量の総和に等しい。x(Xi) は化学式 Xi で表される成分 i のモル分率である。
例えば、空気の平均モル質量は、概算で
M(空気) = 4/5M(N2) + 1/5M(O2) = 29 g/mol
となる。これは空気の平均分子量に単位 g/mol をつけたものに等しい。