Çok küçük tanecik olan atomun kütlesini belirlemek mümkün değildir. Bu nedenle atom kütleleri karşılaştırma yöntemiyle belirlenir. Bir atomun kütlesinin, başka bir atomla karşılaştırarak belirlenen kütlesine bağıl atom kütlesi denir. Bu amaçla ilk olarak periyodik tablonun en küçük elementi olan hidrojen kütlesi 1 birim olarak kabul edildi. 19. yüzyılın ilk yarısında bilim insanları çeşitli elementlerin hidrojenle verdiği tepkimeleri incelerken her bir elementin 1 g hidrojenle etkileşen kütlelerini ölçtüler. Bu ölçümler sonucunda aşağıdaki çizelgeye benzer sonuçlar elde ettiler (Tablo 1).
Tablo 1: Hidrojenin Kabul Edilen Değerinden Yararlanılarak Diğer Elementlerin Kütleleri
Tablo incelendiğinde, H2O’da 1 gram hidrojenle birleşen oksijenin gram miktarı 8 kat daha fazladır. HF’de ise bu kat 19’dur. Her elementin atom kütlesinin, hidrojenin atom kütlesinin tam katı olduğunu belirleyen bilim insanları, buradan yola çıkarak diğer elementlerin kütlelerini hesapladılar. Tabloda görüldüğü gibi, HCl bileşiğindeki klor, hidrojenin 35,5 katıdır. Bilim insanları, bu tam sayı olmayan değerleri deney hataları olarak yorumladılar. Her elementin atom kütlesini, hidrojenin atom kütlesi ile karşılaştırarak bağıl olarak belirlediler. Bağıl atom kütlesi, bir elementin atomik kütle birimi (akb: atomic mass units amu) cinsinden ortalama kütlesini belirtir.
Yeni elementler bulundukça kütle oranlarında sapmalar görülmeye başlandı. Bilim insanları bu durumu düzeltmek için hidrojen atomunun yerine daha uygun olabileceği düşüncesi ile 1962 yılına kadar karşılaştırma atomu olarak oksijen atomunu kullandı. Kıyaslamalar oksijene göre yapıldı.
Fizikçi ile kimyacıların hesaplamalarda oksijenin farklı izotoplarını kullanması nedeniyle aynı işlemlerde farklı sonuçların çıkmasına neden oldu. 9. sınıf kimya derslerinden hatırlayacağınız üzere izotop atom, atom numarası aynı, kütle numarası farklı olan atomlardır.
Oksijenin izotoplarından kaynaklanan bu ikiliği ortadan kaldırmak amacıyla 1961 yılında Uluslararası Kuramsal ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC) Kongresi’nde, 12C izotopunun, yani çekirdeğinde 6 proton ve 6 nötron bulunan karbon atomunun kütlesi, 12,0000 atomik kütle birimi (akb) kabul edilmiştir. Diğer atomların kütleleri ’20 atomu ile karşılaştırıIarak hesaplanmıştır. 1 atomik kütle birimi (akb), bir tane karbon-12 atomunun kütlesinin on ikide biri olarak tanımlandı. Karbon-12 atomunun seçilmesinde, karbon iyonlarının kütle spektrometresiyle kolay ölçülmesi ve büyük kütleli bileşikler meydana getirmesi etkili oldu.
Günümüzde 1 tane karbon-12 atomunun kütlesi 12,000 akb kabul edilmiş, bütün atomların kütleleri buna göre belirlenmiştir. Deneysel bulgular, hidrojen atomunun kütlesinin ortalama olarak C-12 kütlesinin %8,4000’i olduğunu göstermiştir. C-12 izotopunun kütlesi, 12 akb olduğundan hidrojen atomunun kütlesi 0,084000 12 akb veya 1,0079 akb olur. Benzer hesaplamalar oksijen atomunun kütlesinin 15,9994 akb ve demirin kütlesinin 55,845 akb olduğunu göstermiştir (Şekil 1). Bu hesaplamayla demirin kütlesi hidrojenin kütlesinin yaklaşık 56 katıdır.
Şekil 1: Deneysel bulgulara göre bazı atomların atomik kütleleri
Yapılan hassas hesaplamalarda elementlerin atom kütleleri izotop atomlarından dolayı küsuratlı olarak bulunur. Ancak biz işlem kolaylığı bakımından kısaltılmış atom kütlesi değerlerini kullanacağız.