化学基礎 ①基礎の化学〜原子の構造〜

こんばんは、aokuookikuです。今日は仕事はや帰り。割とのんびり書いてます。

化学基礎は①基礎の化学②計算の化学③酸・塩基④酸化還元の4つの大きなまとまりで構成されています。

今日はその中の①基礎の化学より、2つ目の単元、原子の構造のところを深掘りしたいと思います。

すべての物質を構成する粒子のお話し、お話し。

目次

原子

「すべての物質は原子(atom)という最小の粒子から構成されていて、原子はそれ以上分割できない粒子であり、化学反応により消失したり、新しく生成したり、種類が変わることはない。」

という感じの原子説をドルトンを唱え、必要な科学技術の発展がなされるまで、これは普遍の真実として扱われていました。

しかし、近年(と言っても100年から150年ぐらいの間)の科学技術の発展により、粒子加速器などの発明がなされ、その小さな原子ですらもさらに小さな粒子から構成されていることがわかっています。

粒子加速器とは、巨大な1つのドーナツのような形をしており(現在様々な形状のものが出てきている)、その中で粒子をぐるぐる回しながら、静電気的な力により(+と+・ーとーは反発、+とーは引き合う力)光に近い速度まで加速させる装置のことです。

加速させた後どうするかというと、粒子同士を衝突させます。

この実験により、多くの破片が飛び散ることが確認でき、原子という粒子もいくつかの粒子からできていることがわかりました。

原子はどんな粒子からできているか

まず、原子は、中心に原子核という+の電気をもつ粒子があり、その周りにーの電気を持つ電子が飛び回っている構造になっています。

イメージは地球(原子核)と月(電子)。静電気的な力によって引き合うことにより1つ原子となっているわけです。この時電子は周りを飛び回っています。

さらに原子核はその中に、陽子中性子という粒子からできており、このうち、陽子が+の電気を持っており(陽って陽気とかポジティブなイメージでしょ?だから+)、中性子は電気を持っていません。なので、+と±0のもので原子核ができてるから、原子核は+だったんですね。

ここまでまとめると、

原子は、原子核と電子からできており、原子核は陽子と中性子からできている。

これが原子の構造の基本中の基本です。

現在ではさらに中性子の中にも素粒子と呼ばれるさらに小さな粒が存在していることが証明されていますが(ヒッグス粒子(ノーベル賞)など)、高校化学の中では触れない内容ですね。

原子の種類

原子には水素原子Hや酸素原子Oなどの種類があって、現在110何種類が確認されていますが、この種類の違いは、中心の原子核に存在する陽子の数の違いです。

陽子の数が1個のものを水素原子H、8個のものを酸素原子Oと呼んでるわけです。

ここが違ったんですね。

また、陽子の数は原子番号と呼ばれたりもします。多くの方は、「水兵リーベ・・・」みたいなかんじで覚えたと思います。

これは陽子の数が1個の水素から一つずつ増えていって、20個のカルシウムまでの覚え方になります(原子番号が1番から20番)。

上のような周期表という形(配置)で覚えておくことが重要。後々その理由は分かっています。悪いこと言わないので、この配置で覚えておいてください。

今現在わかっているところで言うと、宇宙にある原子のうちほとんどの割合をこの20個が占めているので、カルシウムまでとりあえず覚えようってことですね。

中性子と電子の数

最後に、中性子や電子の数について触れておきます。

中性子の数は、同じ原子の種類でもばらつきがあります。例えば水素原子Hには中性子が0個のものもあれば1個のものもあります。

このように同じ原子の種類でも中性子の数が異なるもの同士を同位体というので覚えておきましょう。

電子の数は、基本的に陽子の数と同等です。原子は基本的に電気的に中性(+の電気とーの電気の数が同じ)となっています。つまり、原子において

原子番号=陽子の数=電子の数 となります。

今日はこんなところで。

今後化学を専攻していく皆さんへ

大学、大学院と化学(特に有機化学)を研究してきましたが、高校の教科書、特に受験化学は、本当の本当に氷山の一角でしかありません。

現象を明確に認識、理解、面白さに気づくためには教科書から離れた教材が必要だと思います。

それを補うのが副教材になるわけですが、自分は「化学の新研究」をおすすめしています。


この本の内容で常に学習を進めているわけではないですが、この本には教科書に表しきれていない化学の面白さがうまくまとめられていると思います。


生徒達には、「辞書」的に扱い、興味深そうな項目があれば「ついで」に見るよう伝えています。
特に、いわゆる理系で、大学入試で「化学」を使用する生徒には必須ですね。

自分の学生時代にも使っており、教員になった今でもたびたび開くことがあるぐらい内容が充実。

ぜひ、一度手にとって見て下さい。

では、おやすみなさい。

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