はじめに

原子の構造とそこで出てくる各種用語(陽子・中性子・電子・原子核・質量数・原子番号など)は高校化学を学ぶ上で絶対に必要となる知識。この機会にしっかり押さえて、周りの受験生に置いていかれないようにしよう!

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原子とは

原子とはボクたちの身の周りの物すべてを構成している小さくて丸いツブのことである。ボクたち人間も、飼っているペットも、いまいじっているパソコンやスマホも、全部この原子からできている。

現在確認されてる原子の種類は118種類で、そのうち自然界を構成しているのは92種類である。ちなみに、原子にはそれぞれ番号がつけられていて、その番号を原子番号ということは覚えておこう。


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原子核・電子

それでは、原子の中身を詳しく見ていこう。下の図全体が原子を表している。

原子の中心にいる赤いマルを原子核、原子核の周りをグルグルまわっている青いマルを電子という。原子核はプラスの電荷を、電子はマイナスの電荷を帯びている。(初めのうちは“電荷を帯びている”を“電気を持っている”と考えると理解しやすい!)

陽子・中性子

次に、原子核の中身を詳しく見ていこう。まず覚えてほしいのは「原子核は陽子中性子から成り立っている」ということである。

オレンジ色のマルが陽子、緑色のマルが中性子を表している。

ちなみに、陽子はプラスの電荷を帯びており中性子は電荷を帯びていない。これが、先ほど「原子核(陽子+中性子)はプラスの電荷を帯びている」と述べた理由である。

ここで、これまで説明した原子番号、電子、陽子、中性子に関する重要な公式を紹介しておこう。

原子番号と陽子の数は等しく、陽子と電子の数も等しい。質量数という言葉は初めてのせたが、書いてある通り、陽子の数と中性子の数を足したものとして覚えておこう。

プラスの知識1

ヘリウム(原子番号2)以降の原子は陽子を複数個持つため、原子核に陽子しかない場合プラス同士の電気的な反発が起こる。これを避けるために中性子が存在している。

陽子と中性子は「中間子」と呼ばれる素粒子を素早く交換しながら結びついている。つまり、陽子が中間子を放出し、中性子がこれを受け取ると、陽子は中性子に、中性子は陽子に変化する。これを繰り返すことで中間子によって陽子の正電荷が絶えず運び続けられる。結果、陽子と中間子の間には(陽子同士の反発を無力化するほどの)強い相互作用(=核力)が働くため原子核は安定して存在できる。

プラスの知識2

陽子、中性子、電子の重さは以下の通り。

質量(g) 質量比
陽子 1.673×10-24 1
中性子 1.675×10-24 1
電子 9.109×10-28 1/1840

電子の重さは陽子や中性子の重さと比べると無視できるほど小さい。これが原子の質量を比較する際に用いられる“質量数”に電子の数が含まれない理由である。


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原子の表し方

原子は元素記号という1〜2文字のアルファベットで表される。また、元素記号の左上に質量数、左下に原子番号を書くこともある。

この表記を見て陽子の数・電子の数・中性子の数を言えるようにしておこう。

上に書いた公式より、

原子番号=陽子の数なので、陽子の数は6コ
陽子の数=電子の数なので、電子の数も6コ
陽子の数+中性子の数=質量数なので、中性子の数も6コ

となるね。


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演習問題

問1

質量数12の炭素原子12Cの原子番号、陽子数、中性子数、電子数、質量数を答えなさい。
【問1】解答/解説:タップで表示
解答:原子番号6・陽子6コ・中性子6コ・電子6コ

炭素原子の原子番号は6である(これは覚えておくこと)。陽子の数は原子番号と等しいので6コ、「質量数=陽子の数+中性子の数」なので中性子の数は「12ー6」で6コ(質量数が12というのは問題に記載してある)。また、電子の数は陽子の数と同じなので6コである。

問2

質量数18の酸素原子18Oの原子番号、陽子数、中性子数、電子数を答えなさい。
【問2】解答/解説:タップで表示
解答:原子番号8・陽子8コ・中性子10コ・電子8コ

酸素原子の原子番号は8である(これは覚えておくこと)。陽子の数は原子番号と等しいので8コ、「質量数=陽子の数+中性子の数」なので中性子の数は「18ー8」で10コ(質量数が18というのは問題に記載してある)。また、電子の数は陽子の数と同じなので8コである。

問3

質量数21のネオン原子21Neの原子番号、陽子数、中性子数、電子数を答えなさい。
【問3】解答/解説:タップで表示
解答:原子番号10・陽子10コ・中性子11コ・電子10コ

ネオン原子の原子番号は10である(これは覚えておくこと)。陽子の数は原子番号と等しいので10コ、「質量数=陽子の数+中性子の数」なので中性子の数は「21ー10」で11コ(質量数が21というのは問題に記載してある)。また、電子の数は陽子の数と同じなので10コである。


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