原子と電子について

質問

原子や電子、分子などについて調べています。

原子というのは、陽子と中性子からなる原子核と負の電荷を持つ電子によってなるとありました。そして、その電子の数の違いにより、至極簡単にいうと異なる元素となると。

そこで疑問なんですが、全ての物質は原子核自体は同じで電子の数だけが違うということでしょうか？

核融合や核分裂などの説明を読むと、電子の数を人為的に変えて、違う元素を作りだすことができるような書いてあったもので気になりました。

現役の学生ではないので、出来れば分かりやすい説明をお願いします^^;

回答No.5

potachie · ベストアンサー

ご質問文を正しく直してみますね。

原子というのは、原子核と電子殻でできています。原子核は正の電荷を持つ陽子と電荷を持たない中性子からできていて、原子核を囲む電子殻には、負の電荷を持つ電子が存在しています。
そして、元素の違いは、原子核の中にある陽子の数の違いによります。

核融合や核分裂などの説明を読むと、陽子の数を人為的に変えて、違う元素を作りだすことができます。

ご理解の仕方が、陽子と電子がどこかで入れ替わってしまったんですね。
なお、陽子の数と電子の数は、原子の状態では、同じです。入れ替わりの原因はここかもしれません。

電子の数が陽子の数よりも多かったり少なかったりする状態をイオンと呼びます。
ふつうの水素原子は、陽子１個の原子核と、電子１個からできています。
この電子が取れると、陽子１個だけでできる水素イオンとなります。
また、電子１個を他から奪い取ると、陽子１個の原子核と電子２個の電子殻を持つ水素化物イオンになります。
水素イオンも水素化物イオンも元素としては「水素」です。陽子の数が１個の原子核をもつものは、どんな形でも「水素」元素です。

なお、水素には、原子核に陽子１個をもつ普通の水素の他に、陽子１個に中性子１個の重水素、陽子１個に中性子２個を持つ３重水素もあります。これらのイオンもありますが、全部、陽子１個しか持たないので、元素としては「水素」です。

重水素の原子核を１個くっつけると、陽子２個、中性子２個の原子核になります。陽子を２個持つと、「ヘリウム」という元素になるので、新しい元素が作られたことになります。これが核融合です。

お礼

自分の解釈が間違っており、質問の時点で質問になってなかったのを
正しく読み直していただきありがとうございます。

説明も分かりやすくて、おかげで知りたかったことがわかり、とても助かりました。

回答No.7

debukuro

中性子数は元素の種類に関係しません
同位元素というのは中性子数は違うが同じ種類の元素のことを言うのです
ウラン２３５とかウラン２３８というのがそれです
ウランは原子番号９２ですが中性子数だけが違うのです
２３５とか２３８から９２を引いたものが中性子数です

お礼

元素を決めるのは完全に陽子だけなのですね。
ありがとうございます、勉強になりました

回答No.6

potachie

>> ナトリウムの原子だけが集まって出来た物質は金属です。

一見正しいように見えますが、これも誤りですね。原子核＋電子殻を「原子」と呼ぶとしているようですので、この定義でいくと、自然界で原子として存在できるのは単原子分子だけです。
金属は、金属イオンと自由電子からなる結晶とみなさないと、化学としてはおかしくなります。その意味では、食塩の話と大差ありません。

こと「化学」に関して私自身の意見をいうと、この辺のところは厳密に理解する必要は無いです。学者さんでも区別の付かない人は見かけますが、問題なく成果を挙げていらっしゃるので、頑張って覚えなきゃというような部分じゃないんですね。

回答No.4

htms42

＃３です。

こういうサイトで得た断片的な知識では理解が怪しくなる可能性があります。基本的な事柄について書いてある真面目な本を読んで勉強してください。古本で高校向きの参考書を買うと安いです。無料でやろうということを考えると穴にはまります。

＃２にある
＞電子の数を人為的に変えるとイオンになりますがちょっとしたきっかけで元に戻ります
たとえば食塩を水に溶かすとナトリウムの電子が抜け出して塩素に入り込みます
その結果ナトリウムイオン（陽イオン）、塩素イオン（陰イオン）に分かれますが水が蒸発すると元の食塩に戻ります

という文章は全くの間違いです。
固体の食塩の中ではナトリウムは「原子として存在している」というのも「分子として存在している」というのもＮａＣｌという化学式から出てきた誤解だと思います。
前半で福井謙一のノーベル賞の話を書いておきながら、後半で高校生レベルの事項で間違っています。

固体の食塩の中でも水溶液の中にあるときでもナトリウムはイオンとして存在しています。
ナトリウムは通常イオンとしてしか存在していません。自然界にナトリウム原子は存在しません。
ナトリウムの原子だけが集まって出来た物質は金属です。金属ナトリウムは電気分解で作ります。固体の食塩を加熱して融かして電圧をかけます。ナトリウムイオンがナトリウムに戻るのが「ちょっとしたきっかけで起こる」というものではないのです。
金属ナトリウムの塊を水の中に入れると爆発的に反応してナトリウムイオンに変わってしまいます。
ナトリウムとナトリウムイオンとは全く性質が異なります。
生徒にカルシウムの塊を見せると「これを食べたら体にいいのですか」という質問が出ます。「食べたら胃に穴が開くよ！」と返事します。「カルシウム６００ｍｇ」というのがＣＭで知れ渡っていますからこういう質問が出るのでしょう。
鉄が錆びれば電気が通らなくなります。

原子とその原子から出来たイオンとを同じ元素名で呼ぶことによる混乱がかなりあるようです。
移り変り可能という意味で同じ元素名を使っていますが性質は全く異なります。原子とその原子から出来たイオンとは全く別物と考えた方がいいでしょう。

＃１の
＞同じ原子核（同じ陽子数・中性子数）でも電子の数が異なる事がありますが、原子核が同じであれば、物質としては同じものであり・・・
という文章も「？」がつきます。
鉄の原子が集まれば物質としては金属ですが鉄のイオンが集まれば金属ではありません。物質としては別のものしか作れないのです。
さらにイオンは必然的に化合物になります。反対の電荷を持ったイオンがなければ物質を作ることが出来ないからです。

単体　・・・同じ元素の原子で出来た物質
化合物・・・２種類以上の元素の原子で出来た物質

化学反応が起これば物質が変化します。
単体と化合物は別の物質ですから化学反応で移り変わります。
原子の集まって作る物質とその原子のイオンが集まって作る物質は別のものです。化学反応（酸化還元反応）によって移り変わります。

お礼

詳しい解説ありがとうございました。
どこを勉強すれば欲しい知識があるかがはっきりしたこともあり、大変助かりました。仰るとおりに高校化学の分野を勉強してみます。

自分の高校時代の知識が抜け落ちているのか、授業ではそこまで深く掘り下げなかったのか、分からないことが多すぎる・・・・・・。

回答No.3

htms42

原子の中心には質量の大きな原子核があります。その周りに質量の小さな電子が分布しています。原子核は陽子と中性子から出来ています。原子を作っている部品の種類は陽子、電子、中性子の３つです。原子の種類が変わると部品の数が変わります。
陽子は正の電荷を持っています。電子は負の電荷を持っています。中性子は中性です。電荷を持っていません。
したがって
原子核の電荷＝陽子１つの電荷×陽子の数
になります。
電子１つの持つ電荷と陽子１つの持つ電荷とは大きさが等しくて符号が反対です。
原子は全体として中性のものを考えます。
したがって原子の中の電子の数は陽子の数と等しくなります。
中性子の数は１つにぴたっとは定まりません。でも陽子の数と近い値になります。

原子核の電荷が決まると電子の数が決まります。原子の種類はこの数で決まります。同じ構造の原子がたくさんあります。構造が同じであれば性質も同じです。原子の種類のことを「元素」と呼びます。元素に番号と名前を付けて分類します。
（この番号は原子番号と呼ばれています。でも個々の原子に番号をつけているのではなくて種類に番号をつけています。元素番号の方が正しいということになります。）
番号は原子核の陽子の数で付けます。
１番の元素の原子は、陽子の数＝電子の数＝１　です。水素です。２番はヘリウムです。

周辺にある電子は原子の置かれている環境の影響を受けやすいです。出て行くときも入ってくるときもあります。
何らかの事情で電子の数≠陽子の数となってしまった粒子は「イオン」と呼びます。正イオンと負イオンとがあります。
１１番の元素はナトリウムです。陽子の数＝電子の数＝１１です。陽子の数＝１１、電子の数＝１０のイオンの場合、原子核に目をつけてナトリウムから出来たイオンだと考えます。元素記号を使って書く場合にはＮａ^＋と書きます（＋は右上に書きます）。
普通に起こる変化は電子の数や配置の変化です。これが化学反応です。原子核の変化は普通の条件では起こりません。

物質は原子から出来ています。
大きく３つの出来方があります。
（１）同じ原子がそのままたくさん集まって物質を作る
（２）いくつかの原子が一定の規則で結合して中性の塊を作り、その塊が集まって物質を作る、
（３）イオンが集まって物質を作る

（１）の代表は金属です。
（２）の塊を分子と呼びます。原子から分子が出来る時の結合と分子が集まって物質を造るときの結合は別のものです。分子を作っている結合の方が強いです。水の分子はＨ２つ、Ｏ１つで出来ています。Ｈ－Ｏ－Ｈの順でつながっています。固体、液体、気体という変化を通じてＨ２Ｏという塊が存在しています。これが分子としての特徴です。
（３）イオンには原子１つで出来たイオン（単原子イオン）と２つ以上の原子で出来たイオン（多原子イオン）とがあります。多原子イオン内部での結合は分子を作る時の結合と同じです。分子の破片と考えても構いません。水酸化物イオンＯＨ^－は水ＨＯＨの破片です。

ここに書いたことは高等学校の化学で学習する内容です。
高校生向きの本を手に入れられて読まれることを勧めます。

回答No.2

debukuro

元素の種類を決めるのは陽子の数です「原子番号」
元素の化学的性質を決めるのは電子が入っている一番外側の電子軌道の電子数（福井健一博士のパイオニア電子論　ノーベル賞受賞）です
陽子と電子の数は１対１で同数です

電子の数を人為的に変えるとイオンになりますがちょっとしたきっかけで元に戻ります
たとえば食塩を水に溶かすとナトリウムの電子が抜け出して塩素に入り込みます
その結果ナトリウムイオン（陽イオン）、塩素イオン（陰イオン）に分かれますが水が蒸発すると元の食塩に戻ります

お礼

原子番号＝陽子の数でしたか。電子は関係なかったのですね。
電子の数ではなく、原子核の陽子数と中性子数の数が変わると違う元素となるということでしたか。（中性子数だけだと同じ元素の同位体となるみたいですが）

もう少し調べてみようと思います。ありがとうございました。

回答No.1

pasocom

＞全ての物質は原子核自体は同じで電子の数だけが違うということでしょうか？
そうではありません。
例えば水素の原子核は陽子１，中性子１で構成されており、この周りを電子１が回っています。ところがヘリウムになると原子核は陽子２，中性子２で、電子も２です。
このように、原子番号が上がるにつれ、原子核の中にある陽子・中性子の数が増えるのです。もちろんそれにともなって電子数も増えて通常状態で電気的に中性となっています。
原子のなかで電子は質量が軽く、原子の重さは主に原子核の陽子・中性子の数によって左右されます。
同じ原子核（同じ陽子数・中性子数）でも電子の数が異なる事がありますが、原子核が同じであれば、物質としては同じものであり、電子が通常より多いと陰イオン、少ないと陽イオンとなります。（決して電子の数が違っただけで異なる元素にはなりません）
また同じ陽子数でありながら中性子の数が異なる場合があり、これを「同位体」と呼びます。
このように物質の主な性質を決定しているのは主に陽子の数なのです。

お礼

細かい解説ありがとうございます。
物質の性質は電子ではなく陽子数でしたか。

なんとなくですが、把握することができました。教えていただいたことをもとにもう少しwikiなどで勉強してみます^^;