原子の構造と原子番号

物質を構成する最小単位を原子といいます。原子は下図のような構造をしています。

名称	電荷(C)	質量(相対質量)
陽子	1.60×10-19	1
中性子	0	1
電子	－1.60×10-19	1/1840

原子の直径は約10^-10ｍ(1Å)で中央に陽子と中性子からなる原子核があり、その周りを陽子と同じ数の電子が取り巻いています。

陽子と電子はそれぞれ正と負に帯電していて、電気量の絶対値は1.60×10^-19Cで同じです。この値は電気量の最小単位で、電気素量と呼ばれています。

さて、陽子の数と電子の数は同じで、しかも電荷の絶対値が同じで、しかも符号が逆なので、原子は全体で見ると正にも負にも帯電していません。(電気的に中性といいます。)

ところで、原子の化学的性質は何によって決まるのかというと、原子の持つ電子の数によって決まるのです。(正確には、原子の最も外側に配置された最外殻電子の数によって決定されます。詳しくは第2回で。)

そして、原子の持つ電子の数は、原子の持つ陽子の数とおなじなので、原子に含まれる陽子の数で原子の種類を表すことができます。これが原子番号です。

電子数によって決まるのなら、電子数で表せばいいじゃないか！と思うかもしれませんが、電子は原子が他の原子と結合する際などにやり取りされるため、常に一定の数というわけではないのです。

しかし、他の原子と結合したりしても、その原子の陽子数は変化しないので、種類を表すのには陽子数を用いるようになったわけです。

原子の質量と質量数

原子核は原子そのものの大きさの数万分の1くらいなので、全体の大きさに占める割合はものすごく小さいです。ところが、陽子と中性子は電子の1840倍の質量をもっています。

つまり、原子核はものすごく小さいけど、ものすごく重い。ふんわりとした電子の雲の中に、小さくてめちゃくちゃ重いかたまりがある。そういうイメージです。

ふんわり？とおもいましたよね。皆さんは電子は小さな粒子のようなものだと思っているかもしれません。でも、実は電子は粒子ではなくて、原子核の周りに雲か霧のようなふんわりと広がっているのです。綿菓子のようなものを想像してもらえばいいかもしれません。

ちょっと話がそれましたが、電子の質量は原子核の質量に比べて無視できる程度です、ですから、原子の質量は原子核の質量であるとみなせます。

その原子核は陽子と中性子の２種類の粒子でできていて、これらの質量は同じですから、陽子の数と中性子の数を足したものを原子の質量の目安にすることができそうですね。

陽子と中性子の数の和を質量数といい、大雑把に原子の質量を比較するのに使われます。そして、厳密には異なりますが、質量数と原子量はほぼ同じ値になります。

「以下、大学入試には関係ありません」

「大学入試に関係ない部分、ここまで」

同位体と放射性同位体

ある原子と原子番号が同じなのに中性子数が異なり、質量数の違う原子の事との関係を同位体といいます。

同位体の中には中性子数と陽子数の不均衡から不安定で、放射線を生じて崩壊し、違う元素になるものが存在します。これを放射性同位体といいます。

放射性同位体は各種の検査や年代測定、あるいは放射線源として幅広い分野で活用されており、大学入試では¹⁴Cによる年代測定の問題が時々出題されます。