【原子の構造】陽子・中性子・電子・原子核・質量数・原子番号の数と関係

原子とは

• 我々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”を原子という。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。
• 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。

原子核・電子

• 原子の中身を詳しく解説する。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。

陽子・中性子

• 次に、原子核の中身を詳しく解説する。
• まず覚えてほしいのは、“原子核は陽子と中性子から成り立っている”ということである。次図では、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。
• 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。

原子のサイズ

• 原子の直径は約10^-8cm（1cmの１億分の１）である。
• 一方、原子核の大きさは、約10^-13〜10^-12cmなので、原子の大きさの10万分の1〜1万分の1しかない。
• これは、1円玉（原子核）と甲子園球場（原子）の大きさの関係に相当する。

陽子/中性子/電子の重さ

• 陽子・中性子・電子の重さは次の通り。陽子・中性子と比較して電子は極めて軽いことがわかる。

原子番号（原子の化学的性質）

• 原子の化学的な性質（反応性など）を決める要素について検討する。
• 化学では”電子”に注目することが多い（化学結合や酸化還元など）ため、”電子”と答えたくなるかもしれないが、実はその電子の数を決めているのは”陽子”である。
• 次図原子の場合、陽子（プラス）が2個あるので、電子（マイナス）が2個引き寄せられる。

• このように、原子の化学的な性質を決めるのは陽子なので、陽子の数をその原子の番号（原子番号）という。

質量数（原子の物理的性質）

• 原子の物理的な性質（運動性など）を決める要素は「重さ」である。
• 上に表で示したように、原子を構成する3つのパーツの質量比は次のようになっている。

\[ \mathrm{陽子：中性子：電子=1：1： \frac{ 1 }{ 1840 }} \]

• 電子の質量は陽子、中性子と比較して極めて小さい。したがって、原子の重さ≒陽子の重さ＋中性子の重さと考えることができる。では、次の原子の重さは一体どのくらいになるだろうか。

• （上の表より）陽子1個の重さが1.673×10^ー24、中性子1個の重さが1.675×10^ー24のため…

\[ \mathrm{(1.673×10^{-24}×2 + 1.675×10^{-24}×2) g} \]

• この数字はとても小さいのでイメージしにくい。そこで、原子の重さを、本当の質量ではなく「陽子と中性子の合計粒子数」で表す。
• この”陽子と中性子の合計粒子数”は原子の質量の代わりになる数値のため、質量数という。

\[ \underbrace{ 2 }_{ 陽子} +\underbrace{ 2 }_{ 中性子 } = 4\]

原子に関する公式

• これまで扱った重要な関係を公式としてまとめる。

• 陽子が原子の化学的な性質を決定するため、原子番号は陽子の数と等しい。
• 1個の陽子が1個の電子を引き寄せるため、原子に含まれる陽子の数と電子の数は等しい。
• 原子の重さを表す質量数は（極端に軽い電子は省くため）陽子の数と中性子の数を足した値となる。

原子の表記法

• 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。
• 元素記号の左上に質量数、左下に原子番号を書く。

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。
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原子番号＝陽子の数のため、陽子の数は6個
陽子の数＝電子の数のため、電子の数も6個
陽子の数＋中性子の数＝質量数のため、中性子の数も6個