原子の構造

原子のパーツ

すべての原子は3種類の粒子からできています：

陽子: 正の電荷を持ち、原子核（中心部）に存在する

中性子: 電荷を持たず、原子核に存在する

電子: 負の電荷を持ち、原子核の周りを電子雲の中で軌道を描いて運動する

原子核は原子全体に比べて非常に小さい。原子がフットボールスタジアムの大きさだとすると、原子核は50ヤードライン上のビー玉ほどの大きさになる。電子は上段の席あたりを飛び回る小さな虫のようなものだ。

ここで重要な事実があります：原子の種類を決めるのは陽子の数です。 この数は原子番号と呼ばれます。

水素の原子はすべて陽子を1個持っています。炭素の原子はすべて陽子を6個持っています。金の原子はすべて陽子を79個持っています。

陽子の数を変えると、元素自体が完全に変わります。

元素を決めるものは何か？

金は陽子を79個持っています。鉄は陽子を26個持っています。見た目も感触も、性質も異なります。

しかし、どちらも陽子、中性子、電子の集まりに過ぎません。

メンデレーエフの地図

科学における最も強力なチートシート

1869年、ロシアの化学者ドミトリ・メンデレーエフは素晴らしいことを成し遂げました。彼は当時知られていた元素をカードに書き、原子量順に並べました。

彼は、似た性質を持つ元素が一定の間隔で現れることに気づきました：周期的なパターンです。

彼はそれらを行（周期）と列（族）を持つ表にまとめました。

天才的な発想：メンデレーエフは空欄を残しました。彼は未発見の元素がその空欄を埋めるだろうと予測し、その予測は正しかったのです。数年後にガリウムとゲルマニウムが発見され、彼の予測とほぼ完全に一致しました。

周期（Periods）（行）：各行は新しい電子殻が満たされることを表します。

族（列）：同じ列の元素は外殻電子の数が同じであり、それが理由で似た性質を示します。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

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この表は大まかに金属（左側と中央：光沢があり、導電性があり、展性がある）、非金属（右上：気体や脆い固体）、半金属（階段状の線に沿って：両方の性質を持つ）に分けられます。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

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そして、右端の列には希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン）があります。これらは外殻電子が完全に満たされており、ほとんど何とも反応しません。周期表の孤独者です。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

表の中のパターン [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

リチウム、ナトリウム、カリウムはすべて周期表の1族に属します。これらの3つはすべて柔らかい金属で、水と激しく反応します。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

フッ素、塩素、臭素はすべて17族に属します。これらの3つはすべて反応性の高い非金属で、他の原子から電子を奪うことを好みます。

原子の結合方法

原子が結合する理由

ほとんどの原子は単独では安定していません。外側の電子殻を満たしたいのです。希ガスがそうであるように。

そのために、原子は主に2つの方法で他の原子と結合します：

イオン結合：ある原子が別の原子に電子を移動させます。

食塩（NaCl）が典型的な例です。ナトリウムは1つの外殻電子を失いたいと考えています。塩素は7つの外殻電子を持ち、もう1つ欲しいと考えています。ナトリウムは電子を塩素に渡します。こうして両方の原子は外殻を満たしますが、ナトリウムは電子を失ったため正の電荷を、塩素は電子を得たため負の電荷を帯びます。相反する電荷が引き合い、それ<|eos|>

共有結合: 原子が電子を共有します。

水（H₂O）はこのように働きます。酸素はあと2個の電子を必要とします。各水素は1個を共有できます。そこで酸素は2つの水素と電子を共有します。誰も何かを手放すわけではなく、協力し合います。

イオン化合物は結晶を形成しやすく、水に溶けやすい傾向があります。共有結合化合物は分子を形成する傾向があります：H₂OやCO₂のような個別の単位です。

塩が溶ける理由

塩の結晶を水の入ったコップに落とすと、消失します。固体が分解し、ナトリウムイオンと塩素イオンが水中に広がります。

これは、水が極性分子であるためです：酸素側がわずかに負に、水素側がわずかに正に帯電しています。

反応とは何ですか？

反応物が生成物になる

化学反応とは、原子が結合を再配置して新しい物質を形成するときに起こります。

出発物質は反応物と呼ばれます。結果は生成物と呼ばれます。

絶対的なルール：化学反応では原子は決して生成も破壊もされない。 これが質量保存の法則です。入った原子はすべて出てこなければなりません：ただ再配置されるだけです。

反応は発熱反応（エネルギーを放出する：火、爆発、手袋型カイロ）または吸熱反応（エネルギーを吸収する：冷却パック、光合成、卵を調理する）です。

化学はどこにでもあります：

- 錆: 鉄 + 酸素 → 酸化鉄。ゆっくりとした、発熱反応。

- 燃焼: 燃料 + 酸素 → 二酸化炭素 + 水。速く、非常に発熱的な反応。

- 光合成: 二酸化炭素 + 水 + 太陽光 → グルコース + 酸素。吸熱反応：植物は太陽のエネルギーを化学結合に蓄えます。

これらはすべて、古い結合が切れて新しい結合が形成されるだけです。

錆の化学

古い車、道具、または釘に錆を見たことがあるでしょう。錆はゆっくりと形成されますが、本物の化学反応です。

化学方程式は次の通りです: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

これは「4個の鉄原子が3個の酸素分子と反応して、2単位の酸化鉄（さび）を生成する」という意味です。

あなたの生活の中の化学

あなたは化学実験室の中に生きている

化学はビーカーの中でだけ起こるものではありません。あなたの周りで、いつも起こっています。

料理: 肉を焼いたり、食パンを焼いたりするとき、それはメイラード反応です。アミノ酸と糖が反応して、何百もの新しい風味化合物が生まれます。

医学: すべての薬は、あなたの体の中の特定の受容体にぴったりと合うように設計された分子です。鍵と鍵穴のようなものです。

材料: あなたが今読んでいる画面は、化学者たちが液晶、半導体、ポリマーフィルムを作り出す方法を見つけたことで存在しています。

電池: スマートフォンはリチウムイオン化学で動いています。リチウム原子が電極の間を往復しながら電子を運んでいます。

あなたの体: 今この瞬間、細胞内の酵素が1秒間に何千もの化学反応を触媒しています。食物を分解し、タンパク質を合成し、DNAを複製しています。

すべての物質、すべての薬、すべての技術は、原子が結合することに遡ります。

あなたの番

化学をあなたの世界に結びつける

あなたは今、原子、元素、結合、反応について知っています。物事の由来や振る舞いの理由を説明するための語彙を身につけました。