原子の構造と同位体

原子の構造

原子番号と質量数

原子の表記法:

$${}^{A}_{Z}\mathrm{X}$$

• $Z$: 原子番号（陽子の数）
• $A$: 質量数（陽子 + 中性子の数）
• 中性子の数 = $A - Z$

例: ${}^{12}_{6}\mathrm{C}$ は陽子6個、中性子 $12 - 6 = 6$ 個、電子6個。

同位体（アイソトープ）

水素の同位体:

名称	記号	陽子	中性子	質量数
軽水素	${}^{1}_{1}\mathrm{H}$	1	0	1
重水素(D)	${}^{2}_{1}\mathrm{H}$	1	1	2
三重水素(T)	${}^{3}_{1}\mathrm{H}$	1	2	3

原子量は同位体の加重平均:

$$\text{原子量} = \sum (\text{同位体の質量} \times \text{存在比})$$

例: 塩素 $\mathrm{Cl}$ は ${}^{35}\mathrm{Cl}$ (75.77%) と ${}^{37}\mathrm{Cl}$ (24.23%)

$$\text{原子量} = 35 \times 0.7577 + 37 \times 0.2423 = 35.5$$

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確認クイズ

Q1 原子番号は何の数に等しいか?

中性子の数陽子の数電子の数と中性子の数の合計質量数

Q2 質量数23、原子番号11のナトリウム原子の中性子の数は?

11122334

Q3 同位体について正しい記述は?

陽子の数が異なる電子の数が異なる中性子の数が異なる化学的性質が全く異なる

Q4 ある元素に質量数12の同位体が98.9%、質量数13の同位体が1.1%存在する。原子量に最も近いのは?

12.012.513.012.01

答え合わせ

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演習

問1. ${}^{56}_{26}\mathrm{Fe}$ の陽子、中性子、電子の数をそれぞれ求めよ。

解答・解説

• 陽子: $Z = 26$ 個
• 中性子: $A - Z = 56 - 26 = 30$ 個
• 電子: $26$ 個（中性原子なので陽子数と同じ）

問2. 銅 $\mathrm{Cu}$ には ${}^{63}\mathrm{Cu}$ (69.17%) と ${}^{65}\mathrm{Cu}$ (30.83%) の同位体がある。銅の原子量を有効数字4桁で求めよ。

解答・解説

$\text{原子量} = 63 \times 0.6917 + 65 \times 0.3083$ $= 43.58 + 20.04 = 63.62$

よって銅の原子量は 63.62。