同位体、イオンおよび原子核のスケール
導入済み| English | 意味 |
|---|---|
| mass number/mæs ˈnʌmbə/ | 質量数 |
| isotope/ˈaɪsətəʊp/ | 同位素 |
この観察を説明する要因は何か？
- 2つの塩素原子は同じ陽子数を持ちつつも異なる質量を持つことがあります。それらの原子核に含まれるニュートロン数は異なりますが、元素としての同定は塩素のままです。
- まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。
モデルを構築する
- 一般的な原子の半径は約0.1 nm で、これは 1×10⁻¹⁰ m に相当します。その原子核の半径は原子の半径の万分之一以下で、オーダーは 1×10⁻¹⁴ m です。原子質量のほとんどは原子核内にあります。プロトンとニュートロンの相対質量はそれぞれ約1ですが、電子の相対質量は非常に小さいです。質量数 A は、プロトンとニュトロンの総数を示します。同位体とは、同じ元素でニュトロンの数が異なる原子のことです。
- 同位体：同一元素でニュートロン数が異なる原子；質量数：原子核内のプロトンとニュートロンの総数。
塩素-35と塩素-37の原子で異なる点は何か？
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同位体は同じ陽子数（元素を同一にするもの）を持ち、中子数のみ異なります。したがって、塩素-35と塩素-37の対比となります。記号はClのままです。
各専門用語を正確な意味と対応させよ。
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関連する物理量やプロセスを区別するために定義を使用せよ。
これを検証できる証拠を選ぶ
- 核種表記において左上の数字はA、左下の数字はZです。陽子＝Z；ニュートロン＝A−Z。中性原子にはZ個の電子があり、正イオンは電子を失い、負イオンは電子を得ています。塩素-35 と塩素-37 はともに Z=17 を持ちます。それぞれのニュートロン数は 18 と 20 です。陽子数の変化なく質量数が異なります。
- A, Z, 陽子, ニュートロン, 電子, 電荷の列を別々に設けた表を作成します。A＝陽子＋ニュートロン および 電荷＝陽子−電子 が成り立つか確認します。サイズ比較を行う際は、除算前に半径を同じ単位に変換してください。円の中に明確に描かれた原子核は、原子に対して著しく拡大されています。図はスケール不同であることを明記し、スケール計算には数値を使用してください。
この場合、調査やモデルをより妥当にする2つの習慣は何か。
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条件や仮定を明記することで他者が正確に再現でき、根拠となる証拠を記録することで結論を検証できます。相反する結果を隠すと、誤った結論を疑う証拠を失いますし、単一の測定でより広い主張を成立させることはできません。
既知の量から始める
- 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
- 既知: クロリン-37 (Cl⁻) は17個のプロトン、37−17=20個のニュートロン、17+1=18個の電子を持っています。原子半径が1 m、核半径がその1/10,000であるスケールモデルにおいて、核半径は 0.0001 m = 0.1 mm です。これは特定の同位体の正確な測定半径を示すものではなく、サイズオーダーの説明です。
マグネシウム-25 原子の原子番号は 12 です。これにニュートロンは何個含まれますか？既知量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈の同じ手順を用いて解きます。
マグネシウム-25原子の原子番号は12である。この原子に含まれる中性子の数を答えよ。
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結果は13個の中子です。既知：マグネシウム-25；原子番号12。中子数 ＝ 質量数 − 原子番号 ＝ 25 − 12 ＝ 13個の中子。陽子数12は元素によって固定されます。
結論とその限界を確認する
- 質量数は整数の粒子数ですが、相対原子質量は存在比加重平均です。イオンは電子数が異なり、同位体はニュートロン数が異なります。2つの半径を割ることは長さの比を与えますが、体積比は異なります。殻模型においてニュートロンを原子核の外側に置かないでください。
- 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。
元素の異なる同位体は異なる陽子数を持つ。この主張は誤りである：同位体とは、同じ元素（同じ陽子数）でありながら、中子数が異なる原子のことである。陽子数が異なればそれは別の元素となり、同位体ではない。
同位体、イオン、および原子核のスケール: 核種表記法において、左上の数字はA、左下の数字はZです。プロトン数=Z、ニュートロン数=A−Z。中性原子はZ個の電子を持ち、陽イオンは電子を失い、陰イオンは電子を得ます。クロリン-35とクロリン-37はどちらもZ=17を持ち、それぞれ18個と20個のニュートロンがあります。質量数は異なり、プロトン数は変化しません。
同一元素の異なる同位体は、陽子数が異なる。
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同位体とは、同じ元素（＝同じ陽子数）でありながら、異なる中子数を持つ原子のことです。陽子数が異なれば、それは同位体ではなく別の元素となります。
同一元素の原子で中子数が異なるもの：専門用語を記せ。
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同位体とは、同一元素の原子で中子数が異なるものを意味する。