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原子の構造と電子配置md 0acbc03
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原子の構造と電子配置
chemistrytheoreticalhighschoollecture
1導入
この講義では、原子を原子核と電子からなる粒子として捉え、化学的性質は主に外側の電子で決まるという性質を説明する。
化学結合、イオン、周期表は、原子の外側にある電子の配置を読まないと根拠が見えない。先に原子番号、質量数、電子配置、価電子を定義する。
2用語と定義
原子とは、原子核とその周囲の電子からなる粒子である。
原子核とは、陽子と中性子からなる原子の中心部分である。
原子番号とは、原子核に含まれる陽子数である。
質量数とは、陽子数と中性子数の和である。
電子配置とは、電子が電子殻や軌道にどのように入っているかを表す記述である。
価電子とは、結合や反応性に主に関与する最外殻の電子である。
3方針
原子を読むときは、次の順序で確認する。
- 原子番号から陽子数を決める。
- 中性の原子なら電子数は陽子数に等しい。
- 電子を内側から外側へ配置する。
- 最外殻の電子を価電子として化学結合へ接続する。
4厳密な説明
4.1整理 1：中性原子では陽子数と電子数が等しい
仮定として、電荷をもたない中性の原子を考える。結論は、陽子数と電子数が等しいことである。
証明する。陽子 1 個は + の電荷をもち、電子 1 個は - の電荷をもつ。中性とは全体の電荷が 0 であることなので、正電荷の個数と負電荷の個数が等しくなければならない。したがって陽子数と電子数は等しい。□
4.2原理 2：原子番号が元素を決める
仮定として、二つの原子が同じ原子番号をもつとする。結論は、それらが同じ元素に属することである。
証明する。原子番号は陽子数である。元素は原子核の陽子数によって区別される。同じ原子番号をもつなら陽子数が同じであるから、同じ元素である。□
4.3傾向 3：価電子が似ると化学的性質が似やすい
仮定として、二つの主族元素が同じ価電子数をもつとする。結論は、それらの結合やイオンの作りやすさが似やすいことである。
証明する。化学結合やイオンの形成では、主に最外殻の電子が移動または共有される。価電子とはこの最外殻の電子である。価電子数が同じなら、失いやすい電子数や受け取りやすい電子数が似る。したがって結合やイオンの作りやすさが似やすい。□
5どこまで成立するか
高校化学では、電子殻と価電子で多くの性質を整理できる。ただし軌道の形、電子の波動性、多電子原子の詳細は量子化学で扱う。
6最終形
\boxed{\text{原子番号}=\text{陽子数}}
\boxed{\text{中性原子では陽子数}=\text{電子数}}
\boxed{\text{化学的性質は主に価電子で読む}}
7一言でいうと
原子の構造は、原子番号で元素を決め、価電子で化学的性質を読むための土台である。