原子 番号 2 は 何。 原子・分子

【原子の構造】陽子・中性子・電子・原子核・質量数・原子番号の数と関係

原子 番号 2 は 何

今回は電子殻と電子配置の解説です。 電子配置はそれ自体が入試で問われることは少ないです。 しかし電子配置は、 少しハイレベルなところまで覚えておくことをおすすめします。 なぜなら、少し電子配置で苦労しておくことで、 その後の無機・有機化学の不思議な反応を説明でき、 「丸暗記地獄」から抜け出せるからです。 そこでこの記事では、 電子配置について少し踏み込んで解説します。 ここで説明する内容を理解することで、 今まで丸暗記だと思っていた無機化学と有機化学が、 「理解」できるようになるでしょう。 ただし多少大学レベルに踏み込むため、 一度読んだだけではなかなか受け入れづらいかもしれません。 何度も繰り返し復習して身につけましょう。 必ずその価値はあります。 電子殻と軌道 まずは「 電子殻」と「 軌道」の説明です。 「軌道なんて聞いたことない!」 と言う人もいるかもしれませんが、 わかりやすく説明していくので安心してください。 それでは順番に見ていきましょう。 電子殻とは その昔、 原子は陽子や電子からできているのはわかったものの、 具体的にどんな形になっているかわかりませんでした。 そんな中、「 ボーア」が以下のような構造を提案します。 原子中で電子は「 電子殻」の上を運動するとし、 電子殻を内側からK殻、L殻、M殻、N殻、…と呼ぶことにしました。 そしてこの電子殻には、 K殻には2個、L殻には8個、M殻には18個、… の電子が収容されると考えたのです。 このように電子殻が定義されました。 ボーアが電子殻を発見したとき、K殻よりも内側に電子殻が発見されることを予想して「A殻」ではなく「K殻」としましたが、結局それより内側の電子殻は見つかりませんでした。 軌道とは 電子殻が定義された後も研究が進み、 同じ電子殻の中の電子にも種類があることがわかりました。 その種類というのが「 軌道」。 今までK、L、M、…という電子殻で考えていたけど、 実はもっと細かく分類できたのです。 軌道の分け方は以下の通り。 軌道はエネルギーの低い順に、 s軌道、p軌道、d軌道、f軌道、(以下g軌道からアルファベット順)と続きます。 とても難しそうに感じるかもしれませんが、 ただ新しい名前が出てきただけです。 「K殻っていうのがあるんだよー」 と初めて教えられたときと同じです。 それでは話を続けましょう。 例えばs軌道は全ての電子殻に存在し、 p軌道はK殻以外の全ての電子殻に存在します。 これらの軌道は以下のように数字をつけて区別します。 K殻から順に1、2、3、…と番号をつけ、 それぞれの軌道の前につけて「1s軌道」や「2p軌道」と呼びます。 さて、ここまでで軌道とはなにかと、 軌道の名前を説明しました。 では次にそれぞれの軌道に電子がいくつ入るかを見てみましょう。 各軌道の収容電子数 s軌道、p軌道、d軌道、…にはそれぞれ、 1個、3個、5個、…と「 奇数個」の軌道があります。 そしてそれぞれの軌道に 2つずつ電子が詰まっていきます。 このように結果として、 順に2個、6個、10個、…の電子が詰まっていくことになります。 なぜ1つの軌道に2つの電子? 実は電子には「 アップスピン」と「 ダウンスピン」という2つの種類があります。 1つの部屋にはアップスピンとダウンスピンが1つずつしか入れないのです。 電子配置の決まり方 それでは実際に電子配置を見ていきましょう。 おそらく今までは、 「エネルギーの低いK殻から順に詰まる」 と覚えてきたと思います。 しかし軌道を理解した今、 「エネルギーの低い軌道から順に詰まる」 となりそうだと想像できますね。 それでは軌道のエネルギーの順を確認し、 電子の詰まり方を見ていきます。 電子の収容順 先ほどまでの図を少し簡略化します。 それぞれの軌道のエネルギー、 つまりは電子の詰まっていく順番は以下のとおりです。 このように見ると、 M殻の3d軌道の前にN殻の4s軌道が詰まるなど、 「K殻から順に」のルールが崩れています。 実はこれこそが「 遷移元素」が存在する理由です。 それでは具体例を見ながら確認してみましょう。 例1:炭素原子 炭素の原子番号は6だから、電子を6つ持っています。 まずは最もエネルギーの低い1s軌道に電子が2つ入ります。 今回は電子を矢印で書いていますが、 これは先ほど簡単に説明した「 スピン」を意識したものです。 こうして6つ全ての電子が詰まりました。 電子殻で見るとK殻に2つ、L殻に4つで、 おなじみの電子配置になりました。 また、軌道で見た場合には、 6C:1s 22s 22p 2 と軌道ごとに書いたりします。 1つの軌道には電子は上下逆さのスピンで入ります。 しかし2p軌道に電子が2つ入るとき、1つのp軌道に一気に2つ入るのではなく、2つのp軌道にバラバラに入っていますね。 このように、「 同じエネルギーの軌道にはバラバラに、スピンを揃えて入る」という規則があります。 これを「 フントの規則」と呼びます。 例2:カルシウム原子 カルシウムは原子番号20だから、電子は20個詰まります。 これで残り2個です。 電子殻的にはまだM殻が残っていますが、 軌道のエネルギーの順としては次は4sになりますね。 よって3d軌道をほったらかして、 4s軌道に入っていきます。 こうしてカルシウムの電子配置は、 20Ca:1s 22s 22p 63s 23p 64s 2 となります。 電子配置を表すとき、希ガスの電子配置を利用して表記を簡略化することがあります。 例) 20Ca:[Ar]4s 2 例3:スカンジウム原子 最後に原子番号21、電子数21のスカンジウムを見ていきます。 先ほどのカルシウムは電子数20でしたから、 電子1個を残して全てカルシウムと同じように詰まります。 そして最後の1個は、 4s軌道の次にエネルギーの低い3d軌道に詰まります。 このようにして、 21Sc:1s 22s 22p 63s 23p 64s 23d 1 もしくは、 21Sc:[Ar]4s 23d 1 と詰まっていきます。 この先最外殻電子は4s軌道の2個のまま、 3d軌道に入っていくことになり、 これが「 遷移元素」が生じる原因です。 今までの疑問も少し晴れたのではないでしょうか。 遷移元素が生じるのはd軌道のせいで起こる現象でしたが、「 ランタノイド」や「 アクチノイド」はf軌道のせいで生じてきます。 応用:軌道の形 いままで軌道という言葉は、 「電子殻と同じで電子が入る場所のこと」 と説明してきました。 しかし実際には「軌道」と言う名前からわかるように、 軌道にも形があるのです。 例えばs軌道はこんな形。 電子殻を想像させる形ですね。 実際、水素分子はこのs軌道どうしの共有結合でできています。 次にp軌道はこんな形になっています。 p軌道は3つあって、それぞれ異なる形です。 3つそれぞれがx軸、y軸、z軸方向に、 両手を伸ばしているような軌道になっています。 つまりp軌道を3つ合わせると、 3方向、6つの向きに手を伸ばしているということになります。 化学を一通り学んだことがある人なら、 これを見て「 錯イオン」や「 有機化学」を思い浮かべるのではないでしょうか。 ここでは詳しい説明はしませんが、 軌道を学ぶことでその先の化学がどんどん楽しくなっていくんです。 ———————————————— こんにちは、受験メモ管理人、 東大卒塾講師の山本です。 僕は地方公立高校から東大に合格した経験から 勉強に関する記事を作っています。 そして 勉強法などのより深い内容を発信するために、 メルマガを開設しました。 ブログでは伝えきれない、 勉強の成果をきっちりと挙げる方法や、 受験勉強の考え方などをお伝えしようと思っています。 気になった方はぜひ 下のリンクをチェックしてみてくださいね。 関連する記事• 2018. 29 混合気体の分圧はかなりの高校生がつまづく分野です。 「どこに目をつければいいかわからない!」 「そもそもこの計算なにやってるの?」 あなたも混合気体の[…]• 2018. 03 この記事では弱酸・弱塩基の遊離反応について説明します。 弱酸・弱塩基遊離反応は、 酸化還元反応や沈殿生成反応などに比べると、 少しマイナーなイメージが[…]• 2017. 17 多くの受験生は化合物の物性を丸暗記しています。 もしくは物性を理解した気になっています。 例えばNaOHはなぜ塩基性なのでしょうか? 「OHがあるから[…].

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電子配置・電子殻・軌道を徹底解説!【化学選択者向け】│受験メモ

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P oint! 原子とはボクたちの身の周りの物すべてを構成している 小さくて丸いツブである。 ボクたち人間も、飼っているペットも、いまいじっているパソコンやスマホも、全部この原子からできている。 現在確認されてる原子の種類は118種類で、そのうち自然界を構成しているのは92種類である。 ちなみに、原子にはそれぞれ番号がつけられていて、その番号を 原子番号ということは覚えておこう。 原子核・電子 それでは、原子の中身を詳しく見ていこう。 下の図全体が原子を表している。 原子の中心にいる赤いマルを 原子核、原子核の周りをグルグルまわっている青いマルを 電子という。 原子核はプラスの電荷を、電子はマイナスの電荷を帯びている。 陽子・中性子 次に、原子核の中身を詳しく見ていこう。 まず覚えてほしいのは 「原子核は 陽子と 中性子から成り立っている」ということである。 オレンジ色のマルが 陽子、緑色のマルが 中性子を表している。 ちなみに、 陽子はプラスの電荷を帯びており中性子は電荷を帯びていない。 これが、先ほど「原子核(陽子+中性子)はプラスの電荷を帯びている」と述べた理由である。 原子のサイズ 原子の直径は約10 -8cm(1cmの1億分の1)である。 対して原子核の大きさは、約10 -13〜10 -12cmなので、原子の大きさの10万分の1〜1万分の1しかない。 これは、1円玉(原子核)と甲子園球場(原子)の大きさの関係に相当する。 陽子・中性子と比較して電子は極めて軽いことがわかるね。 質量(g) 質量比 陽子 1. 化学では電子に注目することが多い(化学結合や酸化還元など)ため「電子」と答えたくなるかもしれないが、実はその電子の数を決めているのは「陽子」なんだ。 この原子の場合、陽子(プラス)が2コあるので、電子(マイナス)が2コ引き寄せられる。 このように、原子の化学的な性質を決めるのは陽子なので、陽子の数をその原子の番号( 原子番号)とする。 質量数 (原子の物理的性質) 原子の物理的な性質(運動性など)を決める要素は「重さ」である。 前ページに表で示したように、原子を構成する3つのパーツの質量比は次のようになっている。 P oint! 陽子が原子の化学的な性質を決定するので原子番号は陽子の数と等しい。 1コの陽子が1コの電子を引き寄せるので原子に含まれる陽子の数と電子の数は等しい。 原子の重さを表す質量数は(極端に軽い電子は省くので)陽子の数と中性子の数を足した値となる。 原子の表記法 原子は元素記号という1〜2文字のアルファベットで表される。 元素記号の 左上に質量数、左下に原子番号を書く。 この表記を見て陽子の数・電子の数・中性子の数を言えるようにしておこう。 原子番号=陽子の数なので、陽子の数は6コ 陽子の数=電子の数なので、電子の数も6コ 陽子の数+中性子の数=質量数なので、中性子の数も6コ となる。 応用:中間子と核力 ヘリウム(原子番号2)以降の原子は陽子を複数個持つため、原子核に陽子しかない場合プラス同士の電気的な反発が起こる。 これを避けるために中性子が存在している。 陽子と中性子は「 中間子」と呼ばれる素粒子を素早く交換しながら結びついている。 つまり、陽子が中間子を放出し、中性子がこれを受け取ると、 陽子は中性子に、中性子は陽子に変化する。 これを繰り返すことで中間子によって陽子の正電荷が絶えず運び続けられる。 結果、陽子と中間子の間には(陽子同士の反発を無力化するほどの)強い相互作用(= 核力)が働くため原子核は安定して存在できる。 演習問題.

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化学【3分でわかる】原子・分子・元素の違いと陽子・中性子・質量数・原子番号

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では、安定な原子核は限られているという話をしましたが、では、不安定な原子核は、いったいどうなってしまうのでしょうか。 第1章で安定な核の領域を示しましたが、それは、陽子の数と中性子の数が同じくらいの原子核です。 そこから外れるほど不安定になるのですが、あまりに大きく外れた、つまり陽子数と中性子数があまりに違いすぎる原子核は、そもそも存在することが困難です。 ある程度数が異なると (上図の水色の部分)、陽子が持つ電磁力 (すべてが同じプラスの電荷なので反発する力)が、原子核を結合させる強い力に勝ってしまって、原子核は分裂してしまいます。 それは核分裂と言って、原子力発電や核兵器で用いられますが、本サイトでは対象外とします。 ここでは、すこしだけ数が違う、つまり、すこしだけ修正すれば安定な状態になる原子核について、あつかうこととします。 その「すこしだけ修正」のひとつめの方法は、原子核の一部を放出することです。 放出のしかたにはいろいろあってもよさそうなのですが、じつはそうではなくて、ひととおりしかありません。 それは、陽子2つと中性子2つの塊、つまり ヘリウム4の原子核とおなじものを放出することです。 単純に考えれば、陽子が中性子に変わればよいのですが、それにはふたつの方法があります。 そして、ここから、まずは反電子ニュートリノだけを右辺に移します。 このサイトでは反粒子については説明しませんが、粒子は、左右の辺を移動するときに、粒子・反粒子の反転をします。 ちょうど数式の移項と同じです。 反粒子については、拙著『』に詳しく解説していますので、そちらをごらんください。 反電子ニュートリノだけを右辺に移します。 この反応を「 電子捕獲」と呼びます。 陽子はどこから電子をつかまえてくるのかというと、原子核の周りを回っている電子を、です。 これであれば、ひとつの原子の中で完結していますので、原子全体の電荷総量は保たれたまま、つまり原子は中性のままです。 この反応では、ニュートリノを放出してはいますが、ニュートリノは他の物質とほとんど反応しませんので、実際の観測では無視されます。 例としては、アルゴン37が塩素37へと変わる反応があります。 次に、左辺の電子も右辺に移しましょう。 左辺の電子も右辺に移すと、電子は符号が反転して陽電子となる。 これは、陽子が中性子になる際に、陽電子とニュートリノを放出することを意味しています。 原子核には、結合させるための強い力が働いていることはでお話ししましたが、力が働いているということはエネルギーが生じているわけで、そのエネルギーが過剰にあるときにも、原子核は不安定となります。 第1章では強い力をバネにたとえましたが、バネが必要以上に縮められると、そこに過剰なストレスがたまってしまいます。 それを安定させるには、バネの余分な縮みを伸ばし、ストレスを緩和してやればよいのです。 そのとき、バネにたくわえられたエネルギーが解放されることになります。 原子核では、その余分なエネルギーは、光(電磁波)として放出されます。 どれも原子核が安定するために「放射」するものです。 その正体は、それぞれ、ヘリウム4の原子核、電子 (または陽電子)、光、です。 どれもとても身近なもので、電子や原子核などは、われわれの身体の「もと」となる、いわばわれわれの身体そのものです。 にもかかわらず、一般に放射線が危険であるとされるのはなぜなのでしょうか。 私事で恐縮ですが、僕が10年以上前に行ったライブでの経験です。 それは数十組ものグループが出演するライブで、僕はそのとき、客席最前列で、それよりずっとあとに登場する、僕のおめあてのアーティストを待っていました。 ステージでは、当時とても人気のあったグループが歌っていました。 すると、突然、そのメンバーのひとりに向かって、僕の後方の客席から、携帯 (当時はガラケー)が投げつけられました。 そのメンバーは、頭だけ傾けてその携帯をかわしたあと、ふん、と鼻で嗤いました。 僕はそのグループにもそのメンバーにも興味はありませんでしたが、その瞬間だけは惚れてしまいそうになりました。 携帯、今ではスマートフォンは、われわれの日常生活に欠かせない、とても大切な機器で、これひとつであらゆることができる、まさに文明の利器ですが、このように勢いをつけて投げつければ、とても危険な凶器ともなりうるのです。 特にiPhoneのボディはアルミニウム合金の削りだしですしね。 電子も原子核も同じです。 われわれの身の回りのものの「もと」となるありふれた粒子も、大きな速度、言いかえれば大きなエネルギーを持てば、とても危険なものになるのです。 それが、放射線が危険な理由です。 ところで話は変わりますが、みなさんは、ノーベル物理学賞の記念すべき第1回受賞者の名前はご存じでしょうか。 子供のころから日本で暮らしている方であれば、きっと聞いたことがあるはずです。 ドイツの物理学者、ヴィルヘルム・コンラート・レントゲンです。 彼の受賞理由は、X線の発見です。 日本では、X線撮影のことを、レントゲン撮影、なんて呼ぶ人もいますね。 このX線も、放射線の一種です。 電子のような荷電粒子は、加速したり減速したり進路を変えたり、加速度が生ずる運動をするときには、自分のエネルギーを電磁波の形で放出します。 これが X線です。 中性子が他の放射線と大きく異なる点は、電荷を持っていないことです。 このことが、放射線が人体に与える影響や、放射線からの防護の面で、とても重要になってきます。 それについては、第3章から第6章にかけて、詳しくお話しします。 加速器という装置を使って、電子だけでなくいろんな粒子を加速して、人工的な放射線をつくりだすことは可能ですし、実際に世の中で広く活用されています。 不安定な原子核から出てくる放射線は、種類もエネルギーも決まっていますが、 加速器を使えば、望みの種類の粒子で望みのエネルギーの放射線をつくりだせます。 これについては、第9章でお話しします。 第2章まとめ.

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