次のような古いジョークがあります。原子を信用しないでください。原子がすべてを構成しています。面白いかもしれませんが、真実の核心も含んでいます。原子は、この地球と宇宙のすべての構成要素です。原子構造と、電子顕微鏡なしでは見えないこれらの小さな化合物がどのように宇宙のすべてに責任があるかを詳しく見てみましょう.
アトムのパーツ
ほとんどの原子は、電子、陽子、中性子の 3 つの部分で構成されています。
陽子と中性子は、原子核として知られる各原子の中心を構成しています。原子核は通常、中性子と陽子の組み合わせで構成されています。中性子には電荷がなく、陽子には正の電荷があります — これは別のジョークを思い出させます:
中性子がバーに足を踏み入れ、飲み物を注文します。彼はバーテンダーに「飲み物はいくらですか？」と尋ねます。バーテンダーは彼を見て、「あなたには無料です」と答えます。
電子は原子核を周回し、負の電荷を持っています。これらの粒子は、原子核を構成する陽子と中性子の 1800 分の 1 です。電子の負電荷は、陽子の正電荷を引き付けます。これは、磁石の負極と正極の間の引力と同様です。
素粒子としても知られるクォークやニュートリノなど、他の粒子もありますが、これらは日常の原子の一部ではありません。
原子構造
これらの個々の粒子 (陽子、中性子、電子) の位置によって、原子を見るときにどの元素を見ているかが決まります。水素を除いて、すべての要素はこれらのピースの組み合わせを持っています。水素には中性子がありません。そのため、水素原子を見ると、陽子 1 個と電子 1 個しか見えません。
電子、陽子、中性子のこの配置は、原子構造として知られています。研究者が元素を特定するのに役立つだけでなく、科学者がこれらの元素を周期表で整理することもできます。
各要素には、原子核内の陽子の数と、原子核を周回する電子機器の数に等しい原子番号が割り当てられます。陽子と電子の数はほぼ常に等しい.
たとえば、酸素の原子番号は 8 です。これは、原子核に 8 つの陽子があり、その周りの軌道に 8 つの電子があることを意味します。原子が電子を失ったり獲得したりするのは、他の元素と結合するときだけです。同様の元素は、結合せずに電子を交換できます。たとえば、水素の 2 つの原子は、原子構造を変えずに同数の粒子を交換できます。
核を取り囲む各電子殻は、特定の数の電子しか保持できません。最初の殻は 2 つしか保持できず、2 番目の殻は 8 を保持し、3 番目の殻は 18 を保持します。原子が余分な電子を獲得した場合、それを陽イオンと呼びます。それが電子を失うと、それを負イオンと呼び、これらの状態の両方が原子が結合するための扉を開きます.
イオン結合と共有結合
あなたが毎日使用する製品の多くは、イオン結合または共有結合のいずれかの製品です.たとえば、食卓塩 — 塩化ナトリウム — を見てください。ナトリウムは反応性の高い金属で、水に触れると爆発します。塩素は有毒ガスです。しかし、それらを組み合わせると、おそらく毎日使用する調味料になります。
共有結合は、2 つの類似した非金属間で形成されます。このタイプの結合は、スワップではなく電子の共有によって示されます。 1 つの炭素原子と 4 つの水素原子で構成される元素であるメタンは、共有結合の一例です。炭素の原子番号は 6 です。つまり、6 つの陽子と 6 つの電子を持っています。これらの電子のうちの 4 つは、このガスを構成する水素と共有されます。どの原子も電子を失うことはないため、この分子は中性のままです。
金属と非金属の間にイオン結合が形成されます。先ほど触れた塩化ナトリウムは、イオン結合の完璧な例です。金属であるナトリウムは、非金属である塩素と結合します。非金属原子はしばしば負イオンとして自然に存在しますが、金属はしばしば正イオンとして自然に存在します。 2 つの極性は互いに引き合います。 NaCl (食卓塩の化学式) では、負の塩素原子に電子がありません。イオン結合により、塩素は正のナトリウム原子から電子を奪い、まったく新しい物質を作り出します。
原子構造は、最小の砂粒 (SiO2、シリコン原子 1 個と酸素原子 2 個) から最も重い星 (水素、ヘリウム、炭素、酸素、その他の微量元素) まで、宇宙のすべてを構成しています。陽子と電子の数は、それが持つこれらの元素のそれぞれを分類します。
周期表でお気に入りの元素を見てみましょう。お気に入りの元素がない場合は、時間をかけて選んでください。その原子番号は何ですか？陽子と電子はいくつありますか?
はい、水素を選択した場合、これはひっかけ問題です。
