化学

同位体とは?塩素と炭素を例に分かりやすく解説

同位体とは

前回の記事では原子の構造について解説しました。
ここでは中性子とか陽子とか電子についても詳しく説明しました。
原子の構造について図を使ってわかりやすく解説

ところで陽子の数はいつも同じ数だけ存在しますが、
中性子の数はいつも同じ数があるわけではありません

ということは同じ種類の原子(例:炭素CとかヘリウムHeとか)でも、
中性子の数が1個増えたり、1戸減ったりすることはあり得るということです

原子の構造の図

上記画像はHe(ヘリウム)ですが、もし中性子の数が1個増えたら
質量数は5になりますね。

「よくわからない」という方は、先にこちらの記事を見てください。
原子の構造について図を使ってわかりやすく解説

ここでは理屈抜きに結論だけ言っておきますと、

質量数=陽子の数+中性子の数

ですから、Heは原子番号が2だから陽子数が2で中性子は2から1個増えて3個なので
質量数=2+3=5
となります。

逆に中性子数が2個から1個減ったらどうなりますか?
質量数=2+1=3
となりますね。

同じヘリウムという原子でも
原子番号が2だから絶対に陽子の数は2個です。
原子の構造について図を使ってわかりやすく解説>

でも中性子数は数が変わることがありますから
同じ種類の原子でも重さが違うということがあり得るということです。

これを同位体といいます。

同位体は以前解説した同素体とは名前が似ていますがまったく違います
同素体とは?わかりやすく解説

同位体とは重さの異なる原子のことをいいます。
別の言い方をすると同位体は原子番号が同じだけど質量数が異なるもののことです。
原子番号が同じということは同じ元素です。

以下、さらに詳しく同位体について炭素を例にわかりやすく解説していきます。

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同位体とは?塩素を例に解説

同位体とは?

同じ原子番号の原子で、互いに質量数が違う原子のこと

です。

同位体にはどんなものがあるのでしょう?
いろんな原子に同位体は存在しますが、
塩素を例に解説していきたいと思います。

塩素は原子番号が17です。

なので、塩素の同位体はどちらも${}_{ 17 } Cl $、${}_{ 17 } Cl $です。
でも質量数は違います。塩素の場合、質量数が35と37の2つがあります。

よって${}^{ 35 }{}_{ 17 } Cl $、${}^{ 37 }{}_{ 17 } Cl $です。
お互い同位体です。
原子番号は17と同じでも、質量数が違いますからね。

結局、同位体というのは質量数が異なる、
つまり言い換えると中性子数が違うってことです。
この辺の計算の仕方は前回の記事で下の方が解説しています。
原子の構造について図を使ってわかりやすく解説

${}^{ 35 }{}_{ 17 } Cl $の中性子は18になりますね。
35ー17=18ですからね。

${}^{ 37 }{}_{ 17 } Cl $の中性子は20ですね。

結局、質量数が異なるということは
中性子の個数が違うということです。
なぜなら陽子数が同じだからです。
原子番号は同じなので。

ここも前回の記事で解説しています。
原子の構造について図を使ってわかりやすく解説

陽子数は同じだけど中性子数が異なってくるから
合計が変わってくるわけです。

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同位体について炭素を例に解説

こちらの周期表をご覧ください。

周期表

炭素は何番目に出てきていますか?
炭素は周期表の6番目に出てきていますね。
だから原子番号は6になります。

周期表を見ると、
炭素Cの元素記号の下に『6』という数字が書いてますね。
この『6』という数字が原子番号です。

原子番号

そんなことから上記のように元素記号の左下に原子番号を書きます。
原子番号は陽子の数と等しいんでしたね。
同素体とは?わかりやすく解説

質量数

次に上記黒板内容をご覧ください。
炭素Cの左上に数字が書いてますね。
左上に数字が書いてあったら、その数字は質量数を意味しています。

質量数=陽子の数+中性子の数

でしたね。

で、上記黒板には炭素Cが3つありますが、
質量数が12、13、14とそれぞれ違いますね。
この関係性を同位体の関係といいます。

同じ炭素原子なのに質量が違うから同位体です。

同位体

ところで左上の数字、質量数と、左下の数字、原子番号(陽子の数)の2つの数字から
原子核の中に含まれている中性子の数がいくつか?わかります。

質量数=陽子の数+中性子の数
原子番号=陽子の数

ですから、

質量数-原子番号=中性子の数

となりますね。

ということは、黒板の一番左の炭素の場合、
中性子の数は12―6=6個
同様に真ん中の炭素は13―6=7個
一番右の炭素は14-6=8個
となります。

こんな感じで中性子数がそれぞれ異なる同位体。
重さは違いますが、化学的な性質はまったく同じという特徴があります。
つまり、同位体は重さが違うだけということです。

ところで、

質量数

黒板の一番右側の質量数が14の炭素ですが、
これは少し特殊です。

放射能を持っています。
これを放射性同位体というのですが、
次の記事で詳しく解説することにします。
放射性同位体の炭素の特徴と活用方法をわかりやすく解説

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