技能一覧 › 高校化学 物質の構成と化学結合(知識)

原子の構造と同位体

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

前提

説明

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。

なぜそうしてよいのか

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: )。

手順

  1. 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)。

  2. 陽子の数 、電子の数 (原子の場合)とする。

  3. 中性子の数 を計算する。

  4. 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。

例題

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。

例題の解答

【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

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