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原子はナニで出来ているか〜原子核と電子の振る舞い〜

子供に原子や分子をもう少し詳しく教えてあげたいと、化学をかじりはじめた私。

とりあえずなんとか化学の山の麓までは、たどり着きたい…
(自分で何がわからなくて何を理解しているのか、くらいは把握しときたい)
という思いで、この本をはじめとして、色々な化学指南本を読みあさっているところです。

マンガ 化学式に強くなる―さようなら、「モル」アレルギー (ブルーバックス)/高松 正勝
¥987
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↑とっても分かりやすい本でした!おすすめ

今回は、今のところ自分が理解している内容を、おさらいのつもりで記事にしてみようと思います。


。。。


まずは、素朴な疑問として、「原子はナニで出来ているか」という話。


原子は、プラスの電荷を持つ原子核と、その周りを廻る、マイナスの電荷を持つ電子 で出来ている。
お母さん、火って何から出来ているの?


んでもって、原子核というのは、プラスの電荷を持つ陽子と、陽子と同じ数中性子で構成されています。
お母さん、火って何から出来ているの?

陽子と中性子は同じ数。その数は原子(元素)の種類に寄って異なります。
んで、原子核の周りをクルクル廻っている電子も、陽子の数と同じで、原子(元素)の種類によって、数が異なってきます。

(ちなみに原子と元素、呼び方は違いますが、ぶっちゃけ同じモノを指しています。物質、つまり、ちっちゃなツブとして言うときを原子、そのツブの性質を言うときを元素、と言います)




電子原子核の周りを何個廻っているか、電子がどのような配列で並んでいるか、ということで、その原子(元素)の性格が変わってくるわけです。

先の記事でご紹介した、マンガ「化学式に強くなる」では、その電子の配列を相撲の枡席に例えていました。



繰り返しますが、原子核の周りを、電子が回っています。
その電子たちは、原則的に、出来るだけ土俵、つまり原子核に近い席に座りたいワケですね。

お母さん、火って何から出来ているの?

電子たちの座る席は、原子核のまわりを一重二重三重にもとりかこんでおり、その「列」のことを電子殻、という、と。(ボーアモデルの考え方に寄ります。実際の電子たちの振る舞い方は正確に言うとチョット違うみたいなのですが、とりあえず今のところはこのように理解させてください)


電子殻の「列」の名前は、内側から順に K殻、L殻、M殻、N殻~ とアルファベット順になっています。
ちなみに、なぜ、一番内側が「K」からはじまっているか、とゆーと、一番最初に「K殻」が発見され、名付けられた時、もっと内側にも殻があると考えられたから、らしい。しかし以後もK殻より内側の殻は発見されなかったため、一番内側の殻が「K」となった次第…らしい


で、その一番外側の電子殻に乗っている電子たちを、価電子という。
価電子たちは、原子核から一番外側なので、土俵、もとい原子核から遠いゆえに、フラフラしやすい。

お母さん、火って何から出来ているの?


一方、それぞれの電子殻には、定員数というのがあって、原子たちはその定員数に達したがっています。
(K殻は2個、L殻は8個、M殻は18個、という具合)

ちなみにそれぞれの電子殻が満席状態なのを、希ガス構造という。
(ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの、周期表でいうと一番右端の18族元素は、希ガスといいます)

原子たちは、みーんなその「希ガス構造」になりたがっているわけですね。


お母さん、火って何から出来ているの?

「希ガス構造」になるために、電子が余っている原子と、足りない原子。
彼らはお互いに足りないモノを補いたがり、(上述のマンガではこれを男と女に例えてましたが…w) 故にガッチリと結びつく、と。

お母さん、火って何から出来ているの?
この例の場合だと、
電子2個足りない 酸素原子O 1個と、電子が1こずつ余っている 水素原子 H 2個が合体した結果、H2O 水の分子 が出来ます。



この結びつきを、「化学結合」という訳ですね。




以前、タロウが

お母さん、火って何から出来ているの?
二酸化炭素から酸素を作るのなんか、簡単だよ!
 だって二酸化炭素を酸素と炭素に分けて~、酸素を二つくっつければ出来ちゃうもん!」

と言っていた事があったのですが(参考記事

二酸化炭素の、酸素と炭素の結合は、化学結合によるものなので。
ブロックを外すように簡単には、バラバラに出来ないんですね~。
だから、地球温暖化問題がそう簡単に解決しない訳なのですがw






ちなみに化学結合のなかでも、一度原子が電子を放出し、原子そのものがマイナスかプラスの電荷をもって、それぞれの引き合う力で合体する…、これを「イオン結合」と言います。

一方、酸素原子と酸素原子がくっついて酸素分子になり、
水素原子と水素原子がくっついて水素原子となるような、
お互いに同じ元素の原子同士が、価電子を補い合ってくっつくのが、「共有結合」

共有結合は非常に強い結びつきなので、簡単にはバラバラにならない、らしい。


。。。



まぁこんなところが、原子とその周りをめぐる電子の振る舞い方に関する、私のざっくりとした理解です。


「化学」という学問では、この原子たちの振る舞い方を基礎概念として、化学式で値を求めたり、化学変化を式として考えたりするのですが。

ぶっちゃけ、小さな子供がこの分野に触れるのであれば、「化学式」までたどり着かずとも、原子たちの振る舞い方を、パズルのように親しめればそれで良いのかなと思っています。

世界を成り立たせる、この極小の粒子たちのルールは、シンプルで合理性があって、確かに面白いのです!

キチンと正確に理解せずとも、なんとなくでも体感して、面白さを感じてもらえればな~と思っています。





さて、上記の本のメインテーマである「モル」

「モル」は、原子と、その原子たちの結合を考えるときの化学式に必須の概念らしいので、どうせならこちらも理解しておきたいのですが。

今回の記事で少々力尽きたのであせる またもう少し頭を整理してから記事にしてみたいと思います~。


。。。

この記事、書くのにずいぶんと時間がかかってしまいました…
お母さん、火って何から出来ているの?
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