原子の構造と同位体
カメレオン先生陽子の数が原子番号、陽子と中性子の数の合計が質量数。中性子の数だけが違う同位体もセットで覚えよう。
30秒でつかむ
- 原子は中心の原子核（新しいタブで開きます）と、そのまわりを回る電子からできている。原子核は陽子と中性子からできている。
- 陽子の数を原子番号、陽子と中性子の数の合計を質量数という。原子番号が元素の種類を決める。
- 陽子の数が同じで中性子の数が異なる原子を同位体という。放射性同位体（新しいタブで開きます）は年代測定や医療に利用される。
詳しく
原子の構造のしくみ
物質をつくる原子は、中心にある原子核と、そのまわりを動き回る電子からできている。原子核はさらに、正の電気を持つ陽子と、電気を持たない中性子という2種類の粒子からできている。電子は負の電気を持つが、原子全体では陽子の数と電子の数がちょうど等しいため、原子は電気的に中性（新しいタブで開きます）になっている。
原子核に含まれる陽子の数を原子番号という。原子番号は元素ごとに決まった値で、陽子が1個なら水素（新しいタブで開きます）、6個なら炭素、8個なら酸素（新しいタブで開きます）になる。陽子の数と中性子の数を合計した値は質量数と呼ばれ、元素記号（新しいタブで開きます）の左上に書かれる。電子の質量は陽子や中性子の1840分の1ほどしかないため、質量数には含めない。
原子の大きさに対して、原子核の大きさはきわめて小さい。原子の直径は原子核の直径の1万倍から10万倍ほどにもなり、電子はこの広い空間を動き回っている。それでも原子の質量のほとんどは、陽子と中性子からなる小さな原子核に集中している。
例：水素と炭素の同位体
陽子の数が同じでも、中性子の数が異なる原子が存在する。これらを互いに同位体という。水素には、中性子を持たない軽い水素（¹H）のほかに、中性子を1個持つ重水素（²H）、中性子を2個持つ三重水素（³H）の3種類の同位体がある。いずれも陽子は1個で原子番号は1だが、質量数は1・2・3とそれぞれ異なる。
炭素の同位体では、自然界に存在する炭素のほとんどが質量数12の¹²Cで、残りのわずかな部分を質量数13の¹³Cが占めている。これらとは別に、質量数14の¹⁴Cは不安定で、時間が経つと放射線を出して別の原子に変わっていく。このように放射線を出す同位体を放射性同位体という。
¹⁴Cは一定の割合で減っていく性質を持つため、遺跡や化石（新しいタブで開きます）に含まれる¹⁴Cの量を調べることで年代を推定する年代測定に使われている。ほかの放射性同位体は、がんの検査や治療といった医療の分野でも役立てられている。
なぜ同位体が存在するのか
同じ元素の原子で質量数が異なるのは、原子核の中の中性子の数が一定ではないからだ。原子番号を決める陽子の数は元素ごとに決まっているが、中性子の数は同じ元素でもいくつかの値をとることができる。この中性子の数の違いが、同位体という形で現れている。
電子の数は陽子の数と等しく保たれるため、同位体どうしの化学的な性質はほとんど変わらない。中性子は電気を持たず、原子がほかの原子と結びつく反応には直接関わらないためだ。反応のしやすさを左右しているのは、主に原子の外側にある電子である。
一方、陽子の数に対して中性子の数が多すぎたり少なすぎたりすると原子核は不安定になり、放射線を出してより安定な原子に変わろうとする。これが放射性同位体で、安定して存在できる同位体との違いは、陽子の数と中性子の数のつり合いにある。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/atomic-structure-and-isotopes/?from=print#quiz
原子核を構成する2種類の粒子の組み合わせとして正しいものはどれか。
- ◯ 電子と原子核
- ◯ 陽子と電子
- ◯ 中性子と電子
- ◯ 陽子と中性子
正解：陽子と中性子
原子核（新しいタブで開きます）は正の電気を持つ陽子と、電気を持たない中性子からできている。電子は原子核のまわりを動き回っている。陽子を6個、中性子を8個もつ原子の質量数はいくつか。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：14
質量数は陽子の数と中性子の数の合計で、6＋8＝14。原子番号17の中性の原子に含まれる電子の数は何個か。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：17
中性（新しいタブで開きます）の原子では陽子の数と電子の数が等しい。原子番号は陽子の数なので、電子の数も17個になる。同位体の説明として正しいものはどれか。
- ◯ 原子核をもたない原子
- ◯ 電子の数だけが異なる原子
- ◯ 陽子の数が同じで中性子の数が異なる原子
- ◯ 陽子の数も中性子の数も異なる原子
正解：陽子の数が同じで中性子の数が異なる原子
同位体は陽子の数（原子番号）が同じで、中性子の数が異なる原子どうしのことである。
単元のポイント
- 原子核（新しいタブで開きます） 原子の中心にある、陽子と中性子からできた部分
- 陽子（新しいタブで開きます） 正の電気を持つ、原子核をつくる粒子
- 中性子（新しいタブで開きます） 電気を持たない、原子核をつくる粒子
- 電子 負の電気を持ち、原子核のまわりを動き回る粒子
- 原子番号 原子核の中にある陽子の数。元素の種類を決める
- 質量数 陽子の数と中性子の数の合計
- 同位体 陽子の数が同じで中性子の数が異なる原子どうし
- 放射性同位体（新しいタブで開きます） 放射線を出しながら別の原子に変わっていく同位体