原子の構造 素粒子とは



化学

公開日:2020/12/29         

前提知識


■元素、原子とは

元素とは物質を構成する基本的な成分のことで、以下元素周期表に示されるだけの元素が見つかっています。 元素と原子の違いは、元素は物質の種類を表し、原子は主に物質の数に注目しています。例えば、"元素の数"というと種類数を指すのに対し、"原子の数"というと個数を指します。 原子番号という用語も、これは陽子の個数と等しいため"元素番号"ではなく"原子番号"が適切です。



■余談①
原子番号113のニホニウムは2004年に日本で発見された元素です。私が高校生の頃(約20年前)はニホニウムは無かったので、 その頃の元素周期表はどうなっていたのかと当時の教科書を見てみましたが、なんと、原子番号104以降が全て載っておりませんでした。 理由を調べたところ、実は当時は104番以降はまだ発見されていないのも多かったという事が解りました。

ちなみにニホニウムと命名される前(発見前から存在の可能性があると解っていた)はウンウントリウムといいます。

■原子の構造

原子の構造は以下の様に、原子核とその周りを動く電子によって構成されます。原子核は更に陽子と中性子で構成され、陽子の数一つ一つがプラスの電荷を帯びています。 陽子の数=原子番号となります。陽子の数+中性子の数=質量数となります。



電子はマイナスの電荷を帯びており、陽子と同じ数だけあります。原子全体では電荷は帯びてないです。 K殻、L殻、M殻という電子の軌道上に存在できる電子の数が決まっており、K殻は2個、L殻は8個、M殻は18個と増えていきます。

■質量数と原子量の違い

先述したとおり、質量数は陽子数と中性子数の和のため必ず整数を取りますが、ほとんどの原子量は小数点を持っています。 質量数と原子量の違いは、原子は、陽子の数は同じでも中性子の数が異なる同位体を持っており、所定の空間に存在する同位体の比率を考慮して計算した質量が原子量となります。

なお、原子が6.02*1023個集まった時の質量は、その原子の質量数と一致し、それを1molと定義します。この6.02*1023をアボガドロ定数といいます。

■素粒子とは

陽子と中性子は更にクォークという素粒子の一種で構成されます。電子も素粒子の一種でレプトンに分類されます。素粒子には他にゲージ粒子やヒッグス粒子などがあります。



■余談②
私が中学生の頃は、陽子と中性子がこれ以上分けられない最小の粒と教わっていたという事と、少年マガジンに連載されていたMMRの影響で、大人になるまで素粒子は実在しない物質だと思っていました。 MMRでは、素粒子は時空を超え過去や未来へと行き来できる粒子という説明が有り、子どもながらに「そんな訳ない」と思っていたので、素粒子という物質も存在しないと思っていました。 ただ時空を行き来できるかはともかく、素粒子(ニュートリノ)は宇宙から何億も降り注いでおり、地球をも簡単に通り抜けられるという説明も有り、そこは正しいという。(100個並べてもすり抜けられるかは不明ですが)

以下は当該シーンの抜粋です。(講談社 MMRノストラダムス大予言の謎を解け!! 第2巻 P20~22)


(同 第2巻 P24~26)
またMMRでは素粒子よりはるかに小さい「幽子」という超素粒子の存在の可能性を示唆しています。幽子は素粒子の性質を持ちながら情報を記憶する事ができ、更に半永久的に存在できる物質なので、 前世の記憶や未来の記憶を知ることが可能になります。2020年現在ではこの幽子の存在は証明されていませんが、いずれ証明されることを期待しております。











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