こんにちは。アラフォーパパです。
今回の記事から高校で学ぶ範囲の化学基礎について解説していきたいと思います。
化学を学ぶにあたって基礎となる分野になります。
最初の何回かは私達が生活しているこの世界を構築している元素についての話になっていきます。
無機化学は、最初は覚えることばかりでとてもつまらなく感じるかもしれませんが、覚えることができればだんだんと面白くなっていきますので、焦らずに学んでいきましょう。
最初は原子についてです。
それではご覧ください。
原子とは
原子は、中心にある原子核と、その周りの電子殻に存在する電子から構成されています。
図の赤と黄色で示されている中心部分が原子核です。
原子核は陽子と中性子から出来ています。
緑色で示されている玉は電子を表しています。
これから化学の話を進めていきますが、中性子の数、陽子の数、電子の数の変化によって名前が変わっていきます。
そしてそれぞれの数の組み合わせによって、安定的に存在できるのか、不安定な存在なのか決まります。
これからは、話をする前に関連する原子について書いてから進めていきたいと思います。
中性子と陽子
原子核は、中性子と陽子から構成されています。
中性子は、電荷を持っておらず、電気的に中性です。
陽子は、正の電荷を持っています。
質量は、陽子も中性子もほぼ同じです。
あとででてきますが、水素原子を１ｇ分集めたときの数が定数になって登場して、他の原子の質量を計算するときにも出てくることになります。
次に中性子と陽子からなる原子核の直径は、１０-15～１０-14ｍです。
これは、原子核を100兆個～1000兆個横に並べると１ｍになる長さのことです。
原子の直径は、１０-10ｍ（100億個並べると１ｍになる長さ）ですので、原子核がとても小さいことがわかります。
電子
負の電荷を持っている電子は、とても小さな存在です
質量はありますが、陽子や中性子の1836分の１の重さです。
原子核の周りを回っています。
図は１１８番目のオガネソンという元素で天然には存在していません。
真ん中の「Og」と書かれているところが原子核です。
その周りに円と小さな黒丸があります。
円が電子殻、黒丸が電子を表しています。
一番内側の円からK殻、L殻、M殻、N殻というように名前がついています。
電子はK殻には２個、L殻には８個、M殻には１８個、N殻には３２個収容することができると分かっています。
図ではQ殻まで書かれていますね。
教科書では、平面図で示されることが多いですが、電子は原子核の周りを３次元的に回っています。
K殻という文字から、「なぜ「殻」という字がつかわれているのだろうか？」と思ったことはありませんか？
本来は原子核を中心にして、ガチャガチャのカプセル（殻）のように球体状に電子が動いているのです。
つまり、原子核はK殻と呼ばれる殻に包まれていて、K殻はL殻に包まれているというイメージになってきます。
本当に殻があるわけではないので注意してくださいね。
ちなみにK殻から始まる理由はご存知ですか？
電子殻が発見された当時、K殻よりも小さい殻があるのではないかと考えられていたため、予備としてA～Jを確保してK殻と名付けられたと言われています。
電子殻それぞれに名前がありましたが、一番外側の電子殻にある電子にも名前がついていて、最外殻電子という名前がついています。
最外殻電子は、一番外側の電子殻にある電子という定義（昔の偉い人たちが決めたこと）なので、そうなんだなと覚えるしかありません。
原子と元素
ここまでは、原子自体について解説してきました。
原子には種類があり、それを元素と呼びます。
みなさんもご存知の水素原子や酸素原子などが元素に当たります。
ものすごく混同しやすい言葉になりますので、いくつか例文をあげていきます。
イメージできるとよいのですが。
１．全宇宙の元素のおよそ９０％を占めるのは水素である。
２．人体を構成する元素の中で、水素が原子数では一番多く、６０％以上を占める。重量では酸素が１番多く、２番目が炭素であり、３番目に水素となる。
３．水素は放射性の原子核が１種類しかない元素です。水素原子の殆どは原子核が陽子１個のH-1ですが、陽子１個と中性子１個のH-2（重水素）、陽子１個と中性子２個のH-3（トリチウム）も存在します。このうち放射線を出す水素はH-3だけです。
４．水素は元素記号が「H」で、原子番号が１である。
５．陽子の数と中性子の数の和を原子の質量数という。
６．非金属元素の原子どうしが結合する時は、価電子を互いに共有し、それぞれの原子は安定な貴ガスの電子配置になり、分子を形成する。
いかがでしょうか。
まだまだ先の記事で書く内容の文章もありますが、元素と原子について鮮明なイメージをもてると良いかなと思います。
さて、元素には原子番号というものがあります。
ある元素の陽子の数が、原子番号になります。
今後は、元素の周期表というものも出てきますが、原子番号順に並んでいますので、陽子の数が少ない順に並んでいるんだなと思っていただければと思います。
まとめ
いかがでしたでしょうか。
今回の記事は「原子について学ぼう」と題したものでした。
原子が原子核と電子で構成されていることや、原子核が中性子や陽子で構成されていることをまずは覚えましょう。
その後は、電子について深堀りしていくとよいでしょう。
今後、元素の周期表が必ず出てきますので、原子という言葉と元素という言葉の違いについて今からイメージを作っておいたほうが良いと思います。
ぜひ繰り返しご覧ください。
最後までご覧いただき、ありがとうございました！
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