技能一覧 › 高校化学 物質の構成と化学結合

原子の構成と質量数

原子番号・質量数から陽子・中性子・電子の数を求められる（$\text{中性子の数}=\text{質量数}-\text{原子番号}$）

前提

• 原子・分子と化学式 （中学理科 化学分野の用語と知識）

説明

なぜそうしてよいのか

手順

1. 表記 ${}_Z^A\mathrm{X}$ から、左上の数を質量数 $A$、左下の数を原子番号 $Z$ として読み取る（左下が省略されているときは、元素記号から原子番号を考える）

2. 陽子の数を求める: $\text{陽子の数}=Z$（原子番号）

3. 電子の数を求める: 原子は電気的に中性なので $\text{電子の数}=\text{陽子の数}=Z$

4. 中性子の数を求める: $\text{中性子の数}=A-Z$（質量数 − 原子番号）

例題

よくある誤り

• 質量数をそのまま中性子の数としてしまう誤り。${}_{17}^{37}\mathrm{Cl}$ の中性子の数を 37 とするのは誤りで、正しくは質量数には陽子の数も含まれるので $37-17=20$ 個。

• 質量数に電子の数も足してしまう誤り。${}_{11}^{23}\mathrm{Na}$ で $\text{質量数}=\text{陽子}+\text{中性子}+\text{電子}$ と考えて中性子を $23-11-11=1$ 個とするのは誤り。正しくは質量数は陽子と中性子の数の和だけなので、中性子は $23-11=12$ 個。

• 左上と左下の数を取り違える誤り。${}_8^{16}\mathrm{O}$ で原子番号を 16 と読むのは誤りで、正しくは左下の 8 が原子番号（陽子の数）、左上の 16 が質量数。中性子は $16-8=8$ 個。

• 原子番号は陽子の数なのに、中性子の数や電子の数と区別せずに考えてしまう誤り。例えば ${}_6^{12}\mathrm{C}$ と ${}_6^{13}\mathrm{C}$ は陽子の数がどちらも 6 で同じ元素（炭素）であり、違うのは中性子の数（$12-6=6$ 個と $13-6=7$ 個）だけ。

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

• 難易度 1（教科書の例題レベル）

  ある元素 X の原子は、電子を 3 個失って 3 価の陽イオン ${\text{X}}^{3+}$ になる。このイオン ${\text{X}}^{3+}$ の電子配置は、K 殻に 2 個、L 殻に 8 個の電子が入ったもので、貴ガス（希ガス）のネオン原子と同じである。元素 X の原子のうち、質量数が $27$ の原子 1 個に含まれる中性子の数を求めよ。

• 難易度 1（教科書の例題レベル）

  原子番号が $17$、質量数が $37$ の塩素原子 ${}_{17}^{37}\mathrm{Cl}$ がある。この原子 $1$ 個に含まれる中性子の数を求めよ。

この技能を使う問題

• 難易度 3（共通テストレベル）

  次の 11 種類のイオンのうち、貴ガス（希ガス）のアルゴン $\text{Ar}$ 原子と同じ電子配置をもつものは何種類あるか。整数で答えよ。

  ${\text{Li}}^{+}$, ${\text{O}}^{2-}$, ${\text{F}}^{-}$, ${\text{Na}}^{+}$, ${\text{Mg}}^{2+}$, ${\text{P}}^{3-}$, ${\text{S}}^{2-}$, ${\text{Cl}}^{-}$, ${\text{K}}^{+}$, ${\text{Ca}}^{2+}$, ${\text{Br}}^{-}$

  ただし、各元素の原子番号は $\text{Li}=3$, $\text{O}=8$, $\text{F}=9$, $\text{Na}=11$, $\text{Mg}=12$, $\text{P}=15$, $\text{S}=16$, $\text{Cl}=17$, $\text{Ar}=18$, $\text{K}=19$, $\text{Ca}=20$, $\text{Br}=35$ とする。

• 難易度 3（共通テストレベル）

  次の 9 種類のイオンのうち、イオン 1 個に含まれる電子の総数が貴ガス（希ガス）のネオン $\text{Ne}$ 原子の電子の数と等しいものは何種類あるか。整数で答えよ。

  ${\text{NH}}_4^{+}$, ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$, ${\text{OH}}^{-}$, ${\text{NH}}_2^{-}$, ${\text{CN}}^{-}$, ${\text{O}}_2^{2-}$, ${\text{HS}}^{-}$, ${\text{Mg}}^{2+}$, ${\text{Cl}}^{-}$

  ただし、原子番号は $\text{H}=1$, $\text{C}=6$, $\text{N}=7$, $\text{O}=8$, $\text{Ne}=10$, $\text{Mg}=12$, $\text{S}=16$, $\text{Cl}=17$ とする。

この技能の次に学べること

• 同位体の存在比と原子量 （高校化学 物質の構成と化学結合）
• 電子殻と電子配置 （高校化学 物質の構成と化学結合）