技能一覧 › 高校化学 物質の構成と化学結合

同位体の存在比と原子量

同位体の相対質量と存在比から原子量を求め、逆に原子量から存在比を求められる()

前提

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算数中学高校大学大学院

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  1. 原子・分子と化学式 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  2. 原子の構成と質量数 (高校化学 物質の構成と化学結合)

説明

同じ元素の原子でも、中性子の数が違うために質量数が異なるものがあり、これらを互いに「同位体」といいます。自然界の元素は、ふつう何種類かの同位体が決まった割合(存在比)で混ざっています。この技能では、各同位体の相対質量と存在比から、その元素の平均的な質量である「原子量」を求められるようになります。また逆に、原子量がわかっているときに同位体の存在比を求められるようになります。

なぜそうしてよいのか

原子 1 個の質量はとても小さいので、質量数 12 の炭素原子 1 個の質量をちょうど 12 と決め、これを基準に比べた値で各原子の質量を表します。これを「相対質量」といいます。陽子と中性子の質量はほぼ等しく電子の質量はごく小さいので、相対質量は質量数にほぼ等しくなります(例: は約 35.0)。

自然界の塩素には と が混ざっていて、化学の実験で扱う塩素はいつもこの混ざったものです。そこで、元素の質量の代表値として、同位体の相対質量を存在比で重みをつけて平均した値を使い、これを「原子量」といいます。例えば原子が 100 個あり、そのうち 75 個が相対質量 35.0、25 個が 37.0 なら、1 個あたりの平均は です。つまり存在比を小数(百分率 ÷ 100)で表して掛け、足し合わせれば平均になります。

ここで存在比(小数)の合計は 1 です。逆に原子量がわかっていれば、一方の存在比を 、他方を とおいてこの式に入れ、 についての 1 次方程式を解けば存在比が求められます。

手順

  1. 各同位体の相対質量と存在比を書き出す。存在比が百分率(%)なら 100 で割って小数にする

  2. 存在比の合計が 1(100%)になっていることを確かめる。存在比を求める問題では、未知の存在比を 、残りを とおく

  3. 各同位体について(相対質量)×(存在比)を計算し、すべて足して原子量の式をつくる:

  4. 原子量を求める問題ではその値を指定の桁数に丸め、存在比を求める問題では原子量の値と等しいとおいた方程式を解く

例題

塩素には相対質量 35.0 の と相対質量 37.0 の の 2 種類の同位体があり、その存在比はそれぞれ 75.0%、25.0% である。塩素の原子量を有効数字 3 桁で求めよ。

例題の解答

手順 1: 相対質量は 35.0 と 37.0、存在比を小数にすると 、 です。

手順 2: で、合計が 1 になっています。

手順 3: (相対質量)×(存在比)を足すと

手順 4: 有効数字 3 桁で、塩素の原子量は 35.5 です。

答え:

よくある誤り

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

この技能を使う問題

この技能の次に学べること