文系人間です（‘‘；）原子番号＝陽子の数というところの理屈を教えていただきたいです。

Question

現在受験生で化学を勉強していますが、
いきなりつまづいています。

一番最初の初歩のところで
原子番号＝陽子の数　っというようなところで
他に電子の数や中性子の数などもでてきますが、
丸暗記しているのですぐに忘れてしまい困っています。

そもそもこの式に理屈はあるのでしょうか？
それともこのまま丸暗記しかないのでしょうか？

もし理解しやすいような覚え方がありましたら
教えてくださいm(_ _)m

htms42 · Accepted Answer

＃９、１０です。
＃９で「＃８について」と書きましたが「＃６について」の間違いでした。＃８様、申し訳ありません。

書いたついでですのでもうひとつ。

質量にしたがって並べた元素の順番が大筋、陽子の数にしたがって並べた順番と同じになっていたというのは中性子の数がかってな値を取ることが出来ないということから来ています。周期表を見てもらうと原子量の値が原子番号のほぼ２倍になっています。中性子の数≒陽子の数が成り立っています。確かに中性子の数は１つに決まりません。でもどんな値でもいいのではないのです。
（私は授業で「周期表の中での位置が分かれば元素番号は分かる。陽子の数と中性子の数はほぼ等しいので原子量の値に近い数字を予想することが出来る。」と言ってきました。）

中性子は陽子と陽子の反発を打ち消す働きをします。中性子の存在しない同位体が水素だけであるというのはこれが理由です。２つ以上の陽子だけで出来た核は存在できません。（Ａ）
核の中では陽子と中性子が互いに入れ替わっているというのも数が近いという理由になるでしょう。中性子だけでは不安定です。（Ｂ）
（Ａ）（Ｂ）から中性子の数はある範囲にあるという予想が出来ます。
陽子の数と中性子の数の差の大きい同位体が出来たとしても核反応が起こって差の小さい元素の同位体に変わってしまうのです。放射性同位体であるということです。

原子番号６の炭素では陽子の数が６個です。中性子の数が６の同位体が一番多いです。中性子の数が７の同位体も安定です。中性子の数が８の同位体は放射性です。半減期が約５０００年です。β線を出して質量数１４の窒素に代わります。陽子の数＝中性子の数＝７になります。

htms42 · Answer

＃８についてです。

ベーテの「阻止能」の計算は１９３３年です。
チャドウィックの中性子の発見の翌年ということになります。
モーズレーの特性Ｘ線の法則の発見の２０年後の事です。

原子の核が関係する現象でも総電子が関係する反応でも原子番号（元素番号）Ｚが出てきます。阻止能は総電子が関係する現象の例です。どちらもあるのです。こういう例があるからといって原子番号が電子の数から決まっているという結論を出す事は出来ません。＃８の内容に従えば原子番号＝陽子の数というのが確立するのは１９３３年以後のことになってしまいます。

電子の存在は陰極線の研究からＪ．Ｊ．トムソンにより証明されました。１８９７年のことです。この電子がすべての物質を構成している基本粒子の１つであるということが確認されるのはさらに後のことです。多分かなり時間がかかったと思います。

こういうことは全て物理の話です。
原子の構造が分からなければ原子に番号をつけて整理することができないわけではありません。そういうこととには関係なく化学の方では番号をつけて考えてきたのです。周期律表です。化学で使われてきた番号が物理的な新しい発見で修正されてきたことは確かですが原子の構造が全て明らかになってからはじめて原子番号が確立したというのもではないはずです。

htms42 · Answer

原子番号は原子の種類（元素）を整理するためのものです。何かを基準にして並べているのです。原子の種類があるていど多くなれば当然そういう考えが出てきます。原子の構造など分かっていないときの話です。
まず質量でしょう。メンデレーエフが周期律表を考えたとき（１８６９年）も質量が手がかりでした。でも質量の順に並べたものが何故周期律を示すのかは明らかではなかったのです。また周期律に従うように決めた順番と質量の順番が食い違うという例も見つかりました。でも大元は質量です。質量につながるものは電子ではありません。原子番号の確定はモーズレーの特性Ｘ線についての法則（１９１３年）によってです。特性Ｘ線の波長から原子番号が決まります。質量の順番と周期表による順番との食い違いも正してくれます。特性Ｘ線の波長を決めているものは実は核の総電荷です。核の総電荷が電子のエネルギー準位の大きさを決めますから原子番号も核の総電荷から決まるということになります。
これは核の構造が分かるよりも前のことです。同位体の存在の確認（放射性同位体１９０６年、安定同位体１９１２年）、中性子の発見（１９３２年）と続いた後、陽子と中性子の組み合わせで核を考えるモデルが出来ることになります。モデルが確立すれば核の総電荷につながるのは陽子の数であるということは明らかになります。
決め手になるのはやはり原子の質量と核の電荷です。

「電子の数＝陽子の数だから電子の数で番号をつけても構わない」というのは後からつけた形式論です。ＮａとＮａ＋とを同じ元素の異なる存在形態と考えるということ自体、電子の数が変わっても核が同じであれば同じ元素と考えましょうという立場を明らかにしているのです。
＃４、＃６にあるように番号付けをするのに中性の場合と断らなければいけないのであれば物質の記述には不十分です。イオン性物質と分子性物質で番号の基準が変わるということになります。陽子の数であれば「中性の場合」という断りは必要ありません。

larme001 · Answer

そのあたりは、物質の本質とか面白い話もあるのですが、高校レベルだと暗記かもしれませんね。ただ、なんかしっくりこないかもしれないのは事実で、僕もはじめは意味がわからなくて納得できなかったです。それでも今は理系できちんとやっているので大丈夫です。むしろ、そういうところで暗記でさっと行ってしまう人ほど表面的にしか理解していないのでどこかで躓くのではないでしょうかね。とはいっても受験は解ければ関係ありませんが。
とりあえず、化学のはじめの方はK軌道だとかイオン化エネルギーとか用語が多いわりに「だからなんかよくわからん」というものがおおいので「そういうものか」と割り切って先に進んでください。あまり深く考えてもしかたないです。ただ、反応式とかがでてきて、計算問題もそれなりにこなすぐらいになった時に、もう一度戻ってください。たぶん前よりも理解できるはずです。下手に最初の方で理解しようと思っても、よくわからない場合はとりあえず誰かに聞いて、それでもわからない場合は先に進んでしまいましょう。全体が見えて初めて重要なポイントがつかめることもあります。
ただ、とりあえず初学者としてはこれだけはイメージしてください。地球のまわりに軌道を描いて月とかいろいろな星が回っている状況です。ここで、その星ひとつ一つが電子です。地球は、中性子と陽子がいくつも集まってできています。陽子の数が一つ、二つ、、、と変わると物質がH,He、、、と大きく変わります。中性子の数はあまり変わりませんが変わると同位体というものができます。こんなイメージであとは電子の数とかは教科書を参考にしてなんとなく物質ってこんなもんなのかな？とでも思っておけばいいと思います。物質が反応するのは、電子の数が動くからで、原子核字体が変化することはほとんどない。

storm50 · Answer

周期表を第3周期ぐらいまで暗記してはどうでしょうか。

sanori · Answer

＃４の回答者です。再びお邪魔します。
えーと、
丸暗記にならない考え方の第一ステップとしては、前回＃４の回答の内容でよいと思っていますが、
ややこしさをご覚悟の上でしたら、“読み物”として下記もご参考に。


細かいことを言えば、
中性原子（イオンになっていない原子）で、原子番号と電子の数とが一致するということです。

また、（手元の物理事典も参照しましたが）、歴史的経緯から言えば、原子番号とは、元々、元素同士を区別するため、特に、周期表で元素の順位付けをするために考えられた番号であり、陽子の数と一致することがわかったのは、それより後のことです。
つまり、原子番号は“結果的に”陽子の数と等しかった、ということです。

なお、イオンになりやすい／なりにくい、イオン結晶を形成する／しない、といった性質も、結局は、中性原子であるときの電子の数で決まっています。

さらに余談ですが、
学生の頃、専攻の関係で、アルファ線（放射線の一種であり、プラス電荷の荷電粒子）が物質内を通過するときの減速のしかた（「阻止能」といいます）のことを習いましたが、
通過される物質の阻止能を表す式の中にＺという文字（原子番号のことです）が登場しまして、Ｚが大きいほど阻止能が大きくなります。
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1310791043
これは、物質内の陽子の個数が多いほど減速しやすいということではありません。
原子の大きさや物質内の原子の間隔に比べて、原子核の大きさは非常に小さいので、アルファ線にとって見れば、物質中を通過するときの邪魔者は、ほとんど電子しかありません。
いわば、「電子の雲」の中をアルファ線が突っ切るわけです。
つまり、電子の個数が多いほど減速しやすく、その個数は、結果的に陽子の数と一致する、ということなのでした。

debukuro · Answer

陽子の数を原子番号と決めたのです
だから
原子番号＝陽子の数です
イオン化すると電子の数が違ってくるので
電子の数＞＜原子番号

sanori · Answer

元素が持つ性質のほとんどは、電子の数で決まっています。
中性子の数が関与する性質といえば、せいぜい中性子が多いほど原子の質量が大きくなることぐらいだと思っておいて、ほとんど不自由することはないです。

原子同士の結合、化学反応、色など、これらすべてが電子の数で決まっています。
そういう意味では、
原子番号　＝　電子の数
と考えるほうが、むしろ良いぐらいです。

原子は電気的に中性なので、陽子の個数と電子の個数は一致します。

原子番号　＝　電子の数　＝　陽子の数

このように覚えておけば、忘れることはないのでは。

Ichitsubo · Answer

#1さんが「定義だと思って」とおっしゃっていますが、定義そのものです。思わなくても定義です。
理屈も何も、原子番号というものを原子番号＝陽子の数と定義したのです。そういう取り決めなので、この式そのものが理屈とも言えますね。

E-gis_hc · Answer

原子番号＝陽子の数、というのは約束です。

中性の原子（イオンになっていない原子）では、
陽子数＝電子数
です。

電子数がわかれば、電子配置から価電子数が決まり、
価電子数からその原子がどのようなイオンになったり、
最大何個の原子と結合できるのかがわかります。
原子番号からいろいろな情報を引き出すことができるのです。

だから原子の種類とセットで原子番号（電子数）を覚えておく必要があります。

文系人間です（‘‘；）原子番号＝陽子の数というところの理屈を教えていただきたいです。

＃９、１０です。

＃８についてです。

原子番号は原子の種類（元素）を整理するためのものです。

そのあたりは、物質の本質とか面白い話もあるのですが、高校レベルだと暗記かもしれませんね。

周期表を第3周期ぐらいまで暗記してはどうでしょうか。

＃４の回答者です。

陽子の数を原子番号と決めたのです

元素が持つ性質のほとんどは、電子の数で決まっています。

#1さんが「定義だと思って」とおっしゃっていますが、定義そのものです。

原子番号＝陽子の数、というのは約束です。

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