塩素原子には、 と の 2 種類の同位体がある。この 2 種類の原子どうしで等しいものとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
- ア 質量数
- イ 陽子の数
- ウ 中性子の数
- エ 原子 1 個の質量
陽子・中性子・電子と原子番号・質量数の関係、同位体どうしで同じもの・異なものを判定できる
原子は、中心にある原子核と、そのまわりにある電子からできていて、原子核はさらに陽子と中性子からできています。この技能では、陽子・中性子・電子の数と、原子番号・質量数との関係をつかみ、 のような表記からそれぞれの数を読み取れるようになります。さらに、同位体どうしで何が同じで何が違うかを判定できるようになり、原子の構造について正しい記述を選ぶ問題に使えます。
原子をつくる 3 種類の粒子のうち、陽子は正の電荷、電子は負の電荷をもち、その電荷の大きさは等しくなっています。中性子は電荷をもちません。原子全体は電気的に中性なので、陽子の数と電子の数は等しくなります。元素の種類は陽子の数で決まり、この数を原子番号といいます。たとえば陽子を 6 個もつ原子はすべて炭素、17 個もつ原子はすべて塩素です。
陽子と中性子の質量はほぼ等しく、電子の質量はそれらの約 しかありません。そのため原子の質量はほとんど原子核で決まり、陽子の数と中性子の数の和でおおよそ比べられます。この和を質量数といいます。元素記号の左上に質量数、左下に原子番号を書いて のように表し、ここから
と読み取れます。 なら陽子 17 個、電子 17 個、中性子 個です。
同じ元素(陽子の数が同じ)の原子でも、中性子の数が違うものがあります。これらを互いに同位体(アイソトープ)といいます。たとえば と は、陽子 17 個・電子 17 個は同じで、中性子が 18 個と 20 個で異なるため、質量数(質量)が異なります。化学的な性質は主に電子の数と並び方で決まるので、電子の数が同じ同位体どうしの化学的性質はほぼ同じです。同位体の中には、放射線を出して別の原子に変わっていく放射性同位体もあります(例: )。
表記 から、左下の原子番号 と左上の質量数 を読む(左下が省略されていれば元素から原子番号を思い出す)。
陽子の数 、電子の数 (原子の場合)とする。
中性子の数 を計算する。
同位体どうしを比べるときは、同じもの(原子番号・陽子の数・電子の数・元素の種類・化学的性質)と、異なるもの(中性子の数・質量数・質量)に分けて、選択肢の正誤を判定する。
塩素の同位体 と について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア 陽子の数が異なる。
イ 中性子の数が等しい。
ウ 電子の数が等しい。
エ 質量数が等しい。
【手順 1】 は原子番号 17、質量数 35。 は原子番号 17、質量数 37。
【手順 2】陽子の数・電子の数はどちらも 17。
【手順 3】中性子の数は と 。
【手順 4】選択肢を判定する。
- ア:陽子の数はどちらも 17 で等しいので誤り。
- イ:中性子の数は 18 と 20 で異なるので誤り。
- ウ:電子の数はどちらも 17 で等しいので正しい。
- エ:質量数は 35 と 37 で異なるので誤り。
よって正しいのはウ。
答え: ウ
質量数をそのまま中性子の数としてしまう誤り( の中性子を 35 個とする)。正しくは質量数は陽子と中性子の数の和なので、中性子は 個。
同位体どうしは陽子の数が違うとしてしまう誤り( と の陽子を 1 個と 2 個とする)。正しくは同位体は同じ元素なので陽子はどちらも 1 個で、違うのは中性子の数(0 個と 1 個)。
質量数が違えば化学的性質も違うとしてしまう誤り( と は質量数が違うので化学的性質が大きく異なるとする)。正しくは化学的性質は電子の数で決まり、どちらも電子は 6 個なので化学的性質はほぼ同じ。
原子の質量に電子が大きく効くと考えてしまう誤り(質量数を陽子・中性子・電子の数の和とし、 で とする)。正しくは電子の質量は陽子や中性子の約 と小さいので質量数には含めず、質量数は 。
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。
原子の構造と電子配置について述べた文として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。
原子・イオンの構造と電子配置に関する記述として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
原子・イオンの構造と電子配置について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、原子番号は , , , , , とする。