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「原子の表記法」をシミュレーターで理解しよう![化学入門]

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前回記事から化学の分野についての解説をしていきます。化学で一番の基礎といえるのが「原子」です。

本記事では「原子の表記法」を解説していきます!

「原子の表記法」をシミュレーターで理解しよう![化学入門]

おさらい:化学の基礎の基礎。原子とは?

原子とは、「この世界を構成する最小要素」です。地球にあるもの、宇宙にあるものの全てがこの「原子」で構成されます。

原子は↓の「陽子」「中性子」「電子」の3つで構成されます。

陽子

  • 中性子とともに、中心(原子核)を構成する要素
  • 中世子と同じ質量を持つ
  • 電子とは真逆のプラスの電荷をもつ

中性子

  • 陽子とともに、中心(原子核)を構成する要素
  • 陽子と同じ質量を持つ
  • 電荷をもたない

電子

  • 原子核のまわりを回る要素
  • 陽子とは真逆のマイナスの電荷を持つ
  • 陽子/中性子と比べると小さく、質量がほとんどない

まとめると↓のようになります。

  質量 電荷
陽子 +1 +1
中性子 +1 0
電子 0 -1

*正確には電子も質量はあるが0に限りなく近い値となる

原子の表記法を理解しよう!

原子は原子番号(=陽子数)と中性子数で決まる

原子の標準状態は、電荷=0の状態になります。つまり、「陽子数=電子数」の状態であり、原子番号が決まれば電子数も自動的に決まります。

そのため、原子の状態を表すためには「原子番号(=陽子数)」と「中性子数」さえ指定できれば、状態が決まるんです!

原子の正式な表記では「原子番号」「質量数」の二つを使用する

上記のように、「原子番号(=陽子数)」と「中性子数」で原子の状態を決められるわけですが、正式な書き方では↓の二要素で表記します。中性子数の代わりに、陽子と中性子を足した数である「質量数」を使用するんです。

原子の表記で使う要素

原子番号 = 陽子の数
質量数 = 陽子の数 + 質量数

この二つの要素を決定すれば「中性子=質量数 – 原子番号」なので、元素の状態が確定的に決められるわけです!

実際には、↓のような形で表記で表します。Hは水素を表す記号です。その左上の数字が質量数になり、その左下にがあるのが原子番号になります。

元素の表記方法(質量数2の水素の例)

\( \displaystyle \Large{^{質量数}_{原子番号}H}  =  ^2_1H \)

このように表記することで、原子の種類と状態を確定的に示すことが出来るわけです!

「原子の表記法」をシミュレーターを確認してみよう!

それでは、実際に「原子番号」「質量数」を指定して、原子の表記と実際のイメージを見比べてみましょう!

シミュレーターの説明
  • スライドバーによって「原子番号」「質量数」が変えられます
  • 値を変えて、「原子番号」「質量数」で原子の種類や中性子数が変わることを確認してみましょう!

* 「質量数<原子番号」にすると中性子数がマイナスになり、許されない表記であることが分かります

質量数
2
原子番号
1

原子種類 1
中性子数 1
原子表記 1

赤で陽子緑で中性子青で電子を示しています。

原子表記の重要事項

必ず「質量数≧原子番号」となる

これは当たり前ですよね。「質量数=陽子+中性子」なので、原子番号より質量数が小さくなることはあり得ないのです。

実際は中性子数には存在できるパターンがある

↑のシミュレーターでは、どんな中性子数も指定可能になっています。しかし、実際地球上に存在する中性子数のパターンは決まっています。例えば、水素は通常、中性子2つの状態(三重水素という)が最大の個数になります。

↓三重水素の例

まとめ:原子は「原子番号」「質量数」で表す!

今回解説したように、原子は↓のように「原子番号」「質量数」で表します。この表記法はずっとつかうものですので、覚えておきましょう!

元素の表記方法(質量数2の水素の例)

\( \displaystyle \Large{^{質量数}_{原子番号}H}  =  ^2_1H \)

次回は今回も少し説明した「同位体」と、「原子量」について解説していきます!
 

「原子の表記法」まとめ

  • 原子はこの世のあらゆるものを構成する最小の要素
  • 原子は「陽子」「中性子」「電子」の3つの要素で構成される
  • 通常は陽子数=電子数で電荷が±0の状態になる
  • 原子の種類は陽子数で決まる

 


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