【ノートでかんたん理解】原子の構造が９分でわかる！

今日は、私たちが日常で使っている物質がどのようにできているか考えてみよう。たとえば、君が持っているペンや教室の机、全部何かでできているよね？

そうだね。だけど、もっと小さな単位で見てみると、すべての物質は「原子」というものからできているんだ。原子っていうのは物質を作る一番小さな単位で、今日はその原子の構造について話そうと思うんだ。

そうだよね。原子は目に見えないほど小さいけれど、すべての物質はこの原子が集まってできている。そして、原子は3つの主要な粒子から構成されているんだ。それが陽子、中性子、電子だよ。

まず、陽子と中性子は原子の中心に集まっていて、これを原子核と呼ぶんだ。陽子は正の電荷を持っていて、中性子は電荷を持っていないから、原子核全体は正の電荷を帯びている。

電子は原子核の周りを回っているんだ。電子は負の電荷を持っているから、陽子と釣り合って、原子全体では電気的に中性になるんだ。

その通り。そして、こうした原子の構造はラザフォードの実験によって発見されたんだよ。ラザフォードは原子に対してα線を放出し、一定確率で散乱されることから、原子核の存在を証明したんだ。これによって、それまでのブドウパンモデルでの原子の構造が否定されたよ。

それから、電子はエネルギー準位に従って、内側の軌道にいるほどエネルギーが低く、外側にいるほどエネルギーが高いんだ。たとえば、電子がエネルギーを吸収すると外側の軌道に移動し、エネルギーを放出すると内側に戻る。この動きが、たとえば蛍光灯が光る仕組みにも関係しているんだ。

そうなんだ。身の回りのいろんな現象も、この電子の動きと関係しているんだよ。そして、原子の構造を理解するために知っておくべき重要な概念が原子番号と質量数なんだ。原子番号はその原子に含まれる陽子の数を表すんだよ。一方、質量数は陽子と中性子の数の合計を表しているんだ。

そう、電子は非常に軽いため、質量にはほとんど関係しないんだ。原子を表すときには、元素記号の左上に質量数、左下に原子番号を書いて表記するんだよ。たとえば、一般的な炭素原子は「 ¹²₆C」と表記されるんだ。これは、炭素の原子番号が6で、陽子の数が6個、質量数が12だから中性子が6個あることを意味しているんだ。

その通り。原子番号と質量数がわかれば、その原子の構造がすぐに理解できるんだよ。例えば、原子の構造から、核分裂や核融合がどのように起こるのか、予測することができるんだ。原子核が結び付こうとする力（核力）は質量数によって大きさが決まっていて、鉄原子で極大値をとるんだ。核力が小さい原子は核融合、核力が大きい原子は核分裂を起こして、ともに発電などに利用することができるよ。