8年生

素粒子・同位体・原子番号・質量数

陽子・中性子・電子の数から原子やイオンを特定し、原子番号が同じで質量数が異なる同位体を理解する。

直観直観：粒子と変化

原子は不可分ではない。小さな原子核に陽子と中性子があり、電子は周囲の領域を占める。同じ元素の同位体は中性子数が異なる。

左から¹²C・¹³C・¹⁴C。どの原子核も陽子（赤）は6個で、中性子（灰色）の数だけが違う。ドラッグして回転できる。

炭素原子（Z = 6）：原子核に6個の陽子、電子殻を6個の電子が回る。

定義: 要点

原子番号 $Z$ は陽子数、質量数 $A$ は陽子と中性子の合計であり、中性子数は $A-Z$ である。

中性原子では陽子数と電子数が等しい。陽イオンは電子を失い、陰イオンは電子を得る。イオン化で核内の陽子数は変わらない。

A=Z+N,\qquad N=A-Z

{}^{A}_{Z}\mathrm{X}

例: 例題

原子番号11のナトリウム23には中性子が何個あるか。

解答

中性子数は質量数−原子番号、23−11=12。中性原子の電子数は11個である。

例: もう一題

³⁵Clと³⁷Clは同じ元素か別の元素か。

解答

どちらも塩素(Z=17、陽子17個)。中性子数だけが異なり、同じ元素の同位体である。

同位体は $^{A}_{Z}\mathrm{X}$ と表す。炭素14は $Z=6$ なので陽子6個、中性子 $14-6=8$ 個、中性原子の電子は6個である。

質量のほとんどは原子核に集中し、核は原子体積のごく一部を占める。原子の大部分は電子のある空間で、原子がほぼ空っぽな理由になる。

例: 計算・応用例題

酸化物イオン¹⁶₈O²⁻の陽子数・中性子数・電子数を求めよ。

解答

陽子数 Z = 8、中性子数 N = A − Z = 16 − 8 = 8、電子数 = Z − 電荷 = 8 − (−2) = 10。