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原子

すべての物質は物質で構成されており、物質の基本単位は原子です。

Atomとは:

• 物質の基本単位。
• 元素の最小の粒子。それ自体では存在する場合も存在しない場合もあります。
• 原子はさらに陽子、電子、中性子に分けられます。

原子の基本構造:

• 原子は陽子、電子、中性子といった原子より小さな粒子で構成されています。
• 陽子と中性子は原子核の中にあります。原子核は原子の中心にあります。
• 電子は原子核の周りを軌道上で回転します。

P :陽子、 N :中性子、 E :電子

陽子:正電荷(+1)と単位質量(1)を持つ亜原子粒子。陽子は、原子核内の原子の中心に位置する正電荷を帯びた粒子です。水素原子は、原子核内に陽子が 1 つしかなく、中性子がないという点で独特です。原子核内の陽子の数は化学元素の特性であり、周期表における位置を決定します。

中性子:電荷(0)と単位質量(1)を持つ亜原子粒子。中性子は電荷を持ちません。中性子の数は原子の質量と放射能に影響します。

電子:負電荷(-1)を持ち、質量が無視できるほど小さい亜原子粒子。電子は原子の中で最も小さい粒子です。電子は陽子の正電荷に引きつけられるため、原子核の周りを回っています。電子は中性子や陽子よりもはるかに小さいです。

原子内の力

原子の構成要素は 3 つの力によって結合されています。陽子と中性子は強い核力と弱い核力によって結合されています。

電子と陽子は電気的な引力によって引き寄せられます。電気的な反発力は陽子同士を反発させますが、核力は電気的な反発力よりもはるかに強力です。陽子と中性子を結びつける強い力は重力の 1038 倍の強さですが、作用範囲が非常に短いため、その効果を感じるには粒子同士が非常に接近している必要があります。

原子の原子番号

元素の原子番号は、元素の原子内の陽子の数、または元素の原子内の電子の数に等しくなります。

したがって、陽子の数と電子の数が等しいため、原子は電気的に中性です。

原子の質量数

電子の質量は無視できるため、原子の質量は原子核内に存在する陽子と中性子の質量の合計になります。

いくつかの例を使ってこれを理解してみましょう。

水素原子: \(\large_1^1 H\)と表記されます。水素原子には陽子 1 個、電子 1 個、中性子 0 個が含まれます。

水素原子の原子番号は = p = e = 1 です

水素原子の質量数は = p + n = 1

酸素原子: \(\large_{8}^{16} O\)と表記されます。8 個の陽子、8 個の電子、8 個の中性子を持ちます。

酸素原子の原子番号は = p = e = 8 です

水素原子の質量数は = p + n = 8 + 8 = 16

これらの軌道上で電子はどのように分布しているのでしょうか?
電子は、軌道または殻と呼ばれる仮想の軌道に沿って原子核の周りを回転します。最初の殻はK殻 (エネルギー レベル 1、n = 1)、2 番目の殻はL殻 (エネルギー レベル 2、n = 2)、その次はM殻 (n = 3) というように続きます。各殻の電子の数は、以下の規則に従って決定されます。

各殻の電子の最大数 = 2 × n ²

• K殻 = 2n ² = 2×1 = 2個の電子
• L殻 = 2n ² = 2×2 ² = 2×4 = 8個の電子
• M殻= 2n ² = 2×3 ² = 2×9 = 18個の電子
• 最外殻には 8 個を超える電子を含めることはできません。

例：

1) ナトリウム原子: 陽子と電子の数は 11 個、中性子の数は 12 個です。p p = 11, e = 11, n = 12
Na原子の電子配置は次のとおりです。

2) 窒素原子: p = 7, e = 7, n = 7

窒素原子の電子配置は次のとおりです。

原子量[相対原子質量]

原子の相対原子質量または原子量は、元素の原子 1 個が炭素原子の\(^1/_{12}\)より重い回数として定義されます。

同位体

同位体とは、同じ原子番号を持ちながら質量数が異なる同じ元素の原子のことである。例：水素の自然に存在する3つの同位体は、トリチウム\(\large_1^3 H\) : p = e = 1, n = 2ある。
重水素\(\large_1^2 H\) : p = e= 1, n = 1
プロチウム\(\large_1^1 H\) : p = e = 1, n = 0

安定な電子配置と不安定な電子配置

原子が不安定な電子配置を持つと言われるのは、

• それらの原子価/最外殻は不完全です。
• 電子を共有したり、電子を獲得/失ったりすることで、安定した電子配置を達成する傾向があります。
  したがって、上記の例のナトリウム( \(Na\) )、窒素( N )、酸素( O )、水素( H )はすべて不安定な電子配置を持ちます。

希ガスは外殻が完全であるため、安定した電子配置を持ちます。例:
ヘリウム( He ) - 電子配置: 2
ネオン( Ne ) - 電子配置 2, 8

不安定な電子配置の原子はどのようにして安定性を獲得するのでしょうか?
これらは他の元素原子と結合します。結合する原子は電子を再分配し、結合する各原子が最も近い不活性ガスの安定した構成を実現します ( NaとClの最も近い不活性ガスを確認してください)。例を使ってこれを理解しましょう。

Na原子：電子配置： 2,8,1
（最も近い不活性ガスはNe 、原子番号10）
Cl原子：電子配置： 2、8、7
（最も近い不活性ガスは原子番号18のArです）

ナトリウム( Na )と塩素( Cl )原子が結合して塩化ナトリウム( NaCl )化合物を形成します。
Na原子は安定を得るために外殻から電子を1つ失う[2, 8]。そしてCl原子はこの電子を取り込んで外殻を完成させ、安定を得る[2,8,8]。

電子は質量がほとんどなく、信じられないほどの速度で回転するため、電子の正確な位置を示すのは非常に難しいことに注意してください。このため、電子は原子核の周りの負に帯電した雲として示されることがよくあります。軌道は、原子核の周りのさまざまなエネルギー状態の電子を示します。原子核から遠ざかるほど、エネルギーレベルは増加します。最も高いエネルギー状態または最も外側の軌道にある唯一の電子が化学反応に参加します。これらは価電子と呼ばれ、原子間の化学結合に関与します。

原子の性質を説明するさまざまな理論が存在します。