原子番号とは何ですか？
原子番号とは、原子核内の化学元素の原子である陽子（正に帯電した粒子）の数です。 要素は、これらの粒子の数によって互いに区別されるため、各要素には固有の原子番号があります。 元素の化学的性質はその電子の数によって決まりますが、中性原子では、これは陽子の数と同じです。 ただし、原子は電子を獲得または損失して負または正に帯電したイオンを形成する可能性があるため、原子番号は陽子の数として定義されます。これは特定の元素に対して常に同じです。
原子番号、質量数、原子量
これらの値を混同することは可能ですが、これらは互いに全く異なります。 原子は、正に帯電した陽子と電気的に中性の中性子を含む原子核で構成されており、電子はある程度の距離を周回しています。 陽子と中性子は比較的重く、重量も似ていますが、電子は非常に軽く、原子の重量にはほとんど寄与しません。 原子の質量数は、陽子の数に中性子の数を加えたものであり、原子の重量にほぼ等しくなります。
要素内の中性子の数はさまざまです。 異なる数の中性子を持つ元素の形態は同位体として知られています。 たとえば、最も一般的な形の水素には陽子が1つあり、中性子はありませんが、水素の同位体である重水素とトリチウムがそれぞれ2つ存在し、それぞれ1つと2つの中性子があります。 自然に存在する元素は、多くの場合、異なる同位体の混合物です。 炭素は、質量数12、13、14の同位体で構成される別の例です。これらはすべて6個の陽子を持ちますが、それぞれ6個、7個、8個の中性子を持ちます。
19世紀の化学者は既知の元素の原子量の適切な近似値を確立しましたが、さまざまな割合で異なる同位体が発生するため、正確な計算は必ずしも簡単ではありません。 多くの場合、原子量は同位体の相対存在量に基づいて平均として決定されます。 一部の同位体は不安定で、時間とともに他の元素に変化するため、原子量は変化する可能性があり、単一の値ではなく範囲として表される場合があります。 同位体は通常、化学記号の左下に原子番号で、右上に質量数、またはおおよその原子量で表されます。 たとえば、炭素13は6 C 13と表示されます。
周期表
1860年代、ロシアの化学者ディミトリメンデレーエフは、当時知られている元素の表に取り組み、原子量順にそれらを最初にリストし、同様の化学的性質を持つ元素をグループ化した列に並べました。 以前に他の化学者は、元素の特性が重量で並べ替えられた場合、ほぼ一定の間隔で繰り返される傾向があることに気付いていました。 たとえば、リチウム、ナトリウム、カリウムはすべて同様の方法で非金属と結合する反応性金属ですが、ヘリウム、ネオン、アルゴンはすべて完全に非反応性のガスです。 このため、メンデレーエフのリストは周期表として知られるようになりました。
メンデレーエフの最初のドラフトはうまくいきましたが、いくつかの矛盾がありました。 例えば、重量順にリストされているように、ヨウ素はテルルの前に来ました。 問題は、これがヨウ素を酸素、硫黄、セレンとグループ化し、テルルをフッ素、塩素、臭素とグループ化したことでした。 それらの化学的特性によると、その逆が正しかったはずなので、1869年に彼の表を公開する前に、メンデレーエフはこれらの要素を単純に入れ替えました。 しかし、これらの不一致の理由が明らかになったのは20世紀初頭になってからです。
1913年、物理学者HGJモーズリーは、異なる元素によって生成されるX線の波長と周期表のそれらのシーケンスとの関係を確立しました。 この頃、他の実験で原子の構造が明らかになったため、この関係は元素の原子核内の陽子の数、つまり原子番号に依存していることが明らかになりました。 周期表はこの数で並べられ、観測された元素の化学的性質を理論的根拠に基づいて並べることができます。 元の表の不定期な矛盾は、中性子数の変動により、原子番号の大きい他の元素よりも原子量の大きい元素が得られることがあるという事実によるものでした。
現代の周期表は、行と列に配置されたボックス内の要素を示し、各行に沿って原子番号が昇順になります。 各列は、類似の化学特性を持つ要素をグループ化します。 列は、原子内の電子の数と配置によって決まり、それはプロトンの数によって決まります。 各ボックスには、通常、元素の化学記号と上記の原子番号が含まれています。