同位体の存在比と電子配置
最終更新日: 2025-03-12 12:25:13
作成者: 塾長である
1. 同位体の存在比
1-1. 同位体とは？
**同位体（アイソトープ）**とは、同じ元素でありながら、中性子の数が異なる原子のことを指します。
つまり、陽子の数（＝原子番号）は同じだけど、質量が違う原子ですね。
🔹 例：酸素の同位体
酸素には次の3種類の同位体が存在します。
| 同位体 | 質量数 | 存在比 (%) |
|---|---|---|
| $$16O^{16}O16O$$ | 16 | 99.757 |
| 17O^{17}O17O | 17 | 0.038 |
| 18O^{18}O18O | 18 | 0.205 |
このように、自然界に存在する同位体の割合（存在比）は一定です。
空気中の酸素も、生物の中の酸素も、岩石の中の酸素も、同じ割合で含まれています。
1-2. 他の元素の同位体
例えば、炭素や水素にも同位体が存在します。
| 元素 | 同位体 | 質量数 | 存在比 (%) |
|---|---|---|---|
| 水素 | 1H^{1}H1H（普通の水素） | 1 | 99.9885 |
| 水素 | 2H^{2}H2H（重水素） | 2 | 0.0115 |
| 炭素 | 12C^{12}C12C | 12 | 98.93 |
| 炭素 | 13C^{13}C13C | 13 | 1.07 |
🔍 ポイント！
- 同位体は、原子番号が同じで質量数が異なる。
- 自然界における同位体の存在比はほぼ一定。
2. 放射線と放射性同位体
2-1. 放射線とは？
放射線には3種類あり、それぞれ異なる性質を持っています。
| 放射線 | 正体 | 特徴 |
|---|---|---|
| α（アルファ）線 | ヘリウム原子核（4He2+^4He^{2+}4He2+） | 比較的重く、紙1枚で遮断可能 |
| β（ベータ）線 | 高エネルギーの電子（e⁻） | 軽く、アルミニウム板で遮断可能 |
| γ（ガンマ）線 | 高エネルギーの電磁波 | 透過力が高く、鉛の板で遮断可能 |
2-2. 放射性同位体と崩壊
放射線を出す同位体を放射性同位体（ラジオアイソトープ）と呼びます。
放射性同位体は時間が経つと別の原子に変化します。これを原子の崩壊といいます。
🔹 α崩壊
α崩壊では、ヘリウム原子核（4He^4He4He）を放出することで、
- 原子番号が2減少
- 質量数が4減少 します。
📌 例：
88226Ra^{226}_{88}Ra88226Ra → 86222Rn^{222}_{86}Rn86222Rn + 24He^4_2He24He（α線）
🔹 β崩壊
β崩壊では、電子（β線）を放出することで、
- 原子番号が1増加
- 質量数は変化しない という特徴があります。
📌 例：
614C^{14}_{6}C614C → 714N^{14}_{7}N714N + e⁻（β線）
この現象を利用して、炭素14（14C^{14}C14C）の年代測定が行われます。
古代の遺跡や化石の年代を調べるのに使われる方法ですね。
3. 電子殻と電子配置
3-1. 電子殻とは？
原子の電子は、決められた軌道（＝電子殻）に分かれて存在しています。
電子殻は内側から順に**K殻、L殻、M殻…**と名前がついています。
📌 電子殻に入る最大電子数は、以下の式で求められます。
最大収容電子数=2n2最大収容電子数 = 2n^2最大収容電子数=2n2
（nは電子殻の番号）
| 電子殻 | 記号 | 最大電子数 |
|---|---|---|
| 1番目（内側） | K殻（n=1） | 2 |
| 2番目 | L殻（n=2） | 8 |
| 3番目 | M殻（n=3） | 18 |
| 4番目 | N殻（n=4） | 32 |
3-2. 電子配置
電子は、エネルギーの低いK殻から順に詰まっていきます。
📌 例：ナトリウム（Na, 原子番号11）の電子配置
- K殻：2個
- L殻：8個
- M殻：1個
最も外側の電子殻にある電子（= 価電子）が、化学反応に関係する電子です。
4. 希ガスと周期表
4-1. 希ガスとは？
ヘリウム（He）、ネオン（Ne）、アルゴン（Ar）などの希ガスは、
化学反応をほとんど起こさないことで知られています。
🔍 理由：希ガスの電子配置はすでに安定しているから！
このように安定した電子配置を「閉殻」といいます。
4-2. 周期表と価電子
周期表は、価電子の数が周期的に変化することに基づいて作られています。
これを元素の周期律といいます。
| 族（縦の列） | 価電子の数 | 代表的な元素 |
|---|---|---|
| 1族（アルカリ金属） | 1 | H, Li, Na, K |
| 2族（アルカリ土類金属） | 2 | Be, Mg, Ca |
| 17族（ハロゲン） | 7 | F, Cl, Br |
| 18族（希ガス） | 0 | He, Ne, Ar |
⚡ 周期表のポイント！
- 同じ族の元素は似た性質を持つ！
- 希ガスは価電子が0だから化学反応を起こしにくい！
まとめ
✔ 同位体は、同じ元素で質量数が異なる原子（例：酸素の同位体）
✔ 放射性同位体は放射線を出して崩壊する（例：14C^{14}C14C → 14N^{14}N14N）
✔ 電子は電子殻に配置され、価電子が化学反応を決める
✔ 希ガスの電子配置は安定していて、化学反応を起こしにくい
✔ 周期表は価電子の数に基づいて並んでいる（＝元素の周期律）
こんな感じでどうかな？質問があれば何でも聞いてね！ 😊