当記事では原子の他に同位体についても解説する。
概要
暗黒物質などを除いたこの世の物質全てを構成する微粒子。化学的に分けることのできる最小のもので、物理的にはより小さな原子核や素粒子に分けることも可能。中心に原子核、その周囲に電子雲と呼ばれる電子が存在する領域のような構成をしている。原子の構造は19世紀末から20世紀初めにかけて数人の科学者が独自の理論で説明したが、20世紀中頃に量子力学によって原子軌道の考えが広まるまでボーアによる原子模型が広く知れ渡った。現在でもほとんどの高校の化学の授業では、このボーアの原子模型によって原子の構造が学ばれている。
構造
デフォルメされているが、メイン画像を基に説明する。まず、中心にあるintelのマークが入った球の集まりが原子核で正の電荷を持った陽子と電荷をもたない中性子とが存在する(メイン画像ではその区別が分からないため、どの球が陽子でどの球が中性子かは分からない)。また、原子核の周りを周っている6つの小さな球が電子に相当する。電子は陽子と同等の負の電荷を持っている。
3種の粒子の比較
| 粒子の種類 | 質量比※1 | 電荷※2 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 陽子 | 1840 | +1 | 原子番号は陽子の数によって決められている |
| 中性子 | 1840 | 0 | 陽子数が同じで中性子数の異なる原子同士を同位体という |
| 電子 | 1 | -1 | イオンになっていない限り、陽子と同数存在する |
※1 最も軽い電子を1としたときの比
※2 電荷を電気素量で表した場合はそれぞれ+eと-eとなる
質量数
原子の質量のほとんどは原子核を構成する陽子と中性子によって決まるため、これらの2つの粒子の和を質量数という。同位体では原子番号は同じでも質量数が異なる。
同位体
前述の通り、陽子数が同じであるが、中性子数の異なる原子同士を指す。同位体の化学的性質はほとんど同じである。また、中には原子核が不安定で放射線を出して別の原子核へと変化する放射性同位体という同位体も存在する。放射性同位体は放射線医療、追跡子、植物の品種改良、考古学や地質学での年代測定に利用されているが、最も有名なものは原子爆弾と原子力発電だろう。
