原子と元素の違いは?簡単に化学の基本語句を学ぼう!

こんにちは。

今日は、高校や大学で化学を初めて学ぶ方が、
教科書の初めで学習する
「原子」「元素」という基本的な語句についてまとめてみます!

どんな複雑で意味不明な反応も、
全てこの言葉で説明できるくらい重要です。

そして、説明に一役買ってくれるのが、ふーくん(負電荷)せいちゃん(正電荷)です!

2人の恋事情を思い浮かべながら、
気楽な気持ちで読んでいるうちに、化学の基礎をマスターしてくれたら、嬉しいです。笑

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原子とは?

化学で出てくる言葉を厳密に定義するのはとても難しいです。
原子という言葉も化学の基本ではあるのですが、正確に説明するのは難しいので、
イメージで理解できるといいですね!

Wikipediaの「原子」の項には

  1. 古代ギリシャのレウキッポスデモクリトスたちが提唱した、分割不可能な存在事物を構成する最小単位。哲学の概念であって、経験的検証によって実在が証明された対象を指すとは限らない。
  2. 19世紀前半に提唱され、20世紀前半に確立された、元素の最小単位。その実態は原子核電子電磁相互作用による束縛状態である。物質のひとつの中間単位であり、内部構造を持つため、上述の概念「究極の分割不可能な単位」に該当するものではない。

とあります。
分割できないけど、究極に分割できないわけではない…?
矛盾してるし、わかりづらいですね。笑
それくらい化学は奥深いものなのですが、その分初学者泣かせになってしまうのもわかります。

原子の構造

なので、まずは原子がどんなものなのかを
言葉ではなくで見て、イメージしましょう。

原子を構成するために、いくつかの登場人物がいます。

まずは、原子核という女の子で、通称せいちゃんです。
せいちゃんは女の子の魅力(正電荷)である陽子をいくつか持っています。
その他に、せいちゃんお気に入りの中性子(ぬいぐるみ)を持っているときもあります。

そして、せいちゃんの近くに居たい男の子、負電荷を持ったふーくん達
原子核の周りに寄ってきます。
この男の子1人1人が電子という粒子になります。

原子は以上の登場人物によって成り立つ舞台です!

原子の特徴

  • 陽子(ハート)の数が多いほど、原子核(せいちゃん)は魅力的になるためたくさんの男の子(電子)が寄ってきます。
    陽子1個につき1人の電子を惹き付けることができます。
  • 原子の重さは、原子核の中にある陽子と中性子の重さによって決まります。
    陽子(ハート)と中性子(ぬいぐるみ)の重さは同じなので、
    上の図の原子は陽子(ハート)7個分の重さになります。
    電子の重さは陽子に比べて軽いので気にしなくて良いです。
  • 大きさは原子の種類によって変わるのですが、
    大よそÅ(オングストローム、 10の-10乗メートル)と凄く小さいです。
    凄く小さいから見えないんです!笑

原子を定義すると?

構造を見ていただいた方にはわかりやすいかもしれませんが、
原子は更に陽子や中性子など細かい粒子に分割できることがわかっています。

しかし、化学反応を考える上では、
原子(原子核と電子の組み合わせ)まで分割すれば説明できる!

というのが事実です。(放射線などを考える場合は少し話が変わりますが…)

改めて定義をすると、
「化学を学ぶときにとりあえずここまで細かくしておけばOK!」
といったところでしょうか。

これが、化学が原子核(正電荷)電子(負電荷)の恋愛事情で全て語れてしまう理由です。
この2つまでさかのぼって考えれば化学のほとんどが説明できるということです。

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元素とは?

原子の図を見てイメージしていただければありがたいのですが、

陽子は女の子の手中にあるため自由に手放せません。
しかし、電子は軽くて動きやすい粒子です。
女の子がどっしりと構えて、男の子を待っているという感じですね。

そして、原子が何人の男の子を連れていけるか?というのは、
このハートの数で決まってしまうため、
原子の性質を決めるのは陽子の数だということになります。

元素とは、原子の種類を陽子の数で分けたものです。
例えば、陽子が1個なら水素、陽子が2個ならヘリウム、となります。

身近な例を示しましょう。
空気中には窒素と酸素が共存しています。
窒素の陽子数は7、酸素の陽子数は8です。

陽子数が1個違うだけなのに、窒素だけでは人間は呼吸できません。
このように、陽子の数が違うだけで化学的には大きな変化が出てしまうので、
陽子の数を基準に原子の種類を分けているんですね。

まとめ

  1. 原子は正電荷をもつ原子核(せいちゃん)と、負電荷をもつ電子(ふーくん)で出来ている!
  2. 化学のほとんどについて考えるときには、原子(原子核と電子の関係)まで細かく考えればOK!それ以上は不要!
  3. 元素は原子の持つ陽子の数で分けた種類である!
  4. 陽子の数によって原子の性質は決まる!

最後までお読みいただき、ありがとうございました。

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