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原子と分子と電子


原子と分子

原子が集まって分子になる

地球上に存在する物質はすべて分子から成っています。
分子とは、水で言えば水の性質を失わない範囲で細かくしていったとき、それ以上細かく出来ない状態の最小の粒子で、H2Oのことです。
そしてその分子をさらに分解するとHとOに分かれます。Hは水素、Oは酸素です。このHとOのような物質を元素といい、元素の単体を原子といいます。地球上には元素は100種類程度しか存在しません。この元素がいろいろな形に組み合わさって、膨大な種類の物質を作り出しているのです。

電子と陽子

原子の構造

原子は非常に小さく、種類によりますが、約10-9[m]です。その小さな原子の中心には原子核があり、原子核の周りに電子が取り巻いています。原子核を太陽、電子を惑星と考えると、原子の構造は太陽系に似ています。
図1

図1は原子の構造です。
水素原子の原子核は、1つの陽子でできていますが、他の原子の原子核は陽子と中性子が集まって出来ています。陽子と中性子は核子といいます。
陽子や中性子は大きさが約10-15[m]で、重さは陽子が1.673×10-27[kg]、中性子が1.675×10-27[kg]です。原子核の周りをまわっている電子の重さは9.109×10-31[kg]です。

水素の原子は1個の電子を持っています。原子が持っている電子の数は原子番号からわかります。
原子番号と原子は、
1  水素
2  ヘリウム
3  リチウム
4  ベリリウム
5  ホウ素
6  炭素
7  窒素
8  酸素
9  フッ素
10 ネオン
といった風に続きます。
この原子番号は、その原子の電子の数を表しているのです。
ですから、水素は1個の電子を持っています。

電気には、+と-があります。陽子は+の電気を、電子は-の電気を持っています。中性子はその名の通り、+の電気も-の電気も持っていません。この+の電気を正電荷、-の電気を負電荷といい、電荷がさまざまな電気的現象を作り出しています。
電荷の量はクーロン[C]という単位を用いて表しますが、陽子の持つ正電荷の量は1.602×10-19[C]、電子が持つ負電荷の量は-1.602×10-19[C]となっており、量は同じですが+と-が異なります。原子は電気的に+でも-でもない中立、中性ですから、正電荷と負電荷の量が同じになっていなければいけません。通常の原子は、陽子と電子のが同数であるため電気的に±0になっています。
原子の持つ電子が飛んでいって不足すると+電荷の方が多くなり、この状態の原子を+イオンといいます。
逆に原子に電子が飛び込んでくると-電荷の方が多くなり、この状態の原子を-イオンといいます。

電子の特徴

図2

図2は原子の構造です。
原子核の周りを取り巻く電子は、原子核を中心とした球殻状の軌道に配置されています。この球殻は何重にもなっていて、内側からK殻、L殻、M殻と名前がついています。それぞれの球殻は配置できる電子の数に限度があり、K殻の定員は2個、L殻の定員は8個、M殻の定員は18個となっています。
原子が持っている電子は内側の球殻から順番に配置され、その球殻の定員を超える場合は、次の球殻に電子が配置されます。リチウムの原子は3つの電子を持っていますので、K殻に2つ、L殻に1つという形で電子が配置されています。

イオン

電子の球殻状の軌道のうち、最も外側の軌道に配置された電子を価電子といいます。また、最も外側の軌道にある電子の数を価電子数といいます。
価電子数が、最も外側の球殻の定員と一致している場合は原子は安定して化学反応を起こしにくくなります。
原子はもともと安定状態になろうとする性質があり、価電子数が1つの場合はその価電子を放出して、価電子数が最も外側の球殻の定員より1つ少ない場合は外から電子を取り込み、最も外側の球殻を満員状態にしようとします。
通常の原子は電気的に中性ですが、価電子が放出されると陽子の数より電子の数が少なくなるため電気的に+になります。逆に電気的に中性であった原子が電子を取り込むと陽子の数より電子の数が多くなるため電気的に-になります。電気的に+になった原子を+イオン、-になった原子を-イオンといいます。
図3




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