（３人）こんにちは。
「化学基礎」始まります。
リホです。
ナオです。
カナです。
今回は原子をもう少し詳しく考えていきますよ。
ナオちゃんは原子って何だったか覚えてる？もちろん。
原子っていうのはものすご〜く小さい物質を作っている基本の粒の事です。
そうだったね。
カナちゃん原子ってまだまだ学ぶ事があるの？うん。
前回学んだ事は原子のほんの入り口。
原子にはまだまだいっぱい不思議な事があるんだよ。
へえ〜そうなんだ。
さて今日のテーマは…原子はもう分けられないっていう意味だったよね。
さあどうなんでしょうか。
そこで今日はこんな事を学んじゃいます。
はい。
ジャン。
えっ？原子ってまだ分けられちゃうの？どうなんだろう知りたいよね。
うん。
知りたい。
それではケミストリーの世界に入りましょう。
は〜い。
は〜い。
ねえどうなの？どうなんだろうね。
最初のコーナーでは原子の構造について考えてみましょう。
その前にカナちゃん「原子は『もうこれ以上分けられない』のか？」について教えて。
うん。
その答え早く私も知りたい。
分っかりました。
前回学んだように原子は物質の基本粒子でそれ以上分けられないって長い間信じられていました。
しかし…原子には電子という部品があるんだね。
うん。
電子を含めた…そういう疑問が出てくるよね。
昔の科学者たちも原子の構造についていろいろ考えました。
そして１９０３年のほぼ同じ頃に原子について２つの違うモデルが発表されたんです。
発表された２つの原子モデルのうち１つはイギリスの科学者トムソンが提案したモデルです。
これはプラスの電気を帯びた球の中にたくさんの電子が散らばっているという考え方です。
イラストのピンクの部分は薄い膜のようなものだと考えました。
そしてもう一つは日本の物理学者長岡半太郎が提案した原子モデルです。
これは中心にプラスの電気を帯びた比較的大きくて重い物体があってその周りをたくさんの電子が回っているという考え方です。
違う形を考えたんだね。
うん。
でもどっちが正解なんてどうやって調べるんだろう。
実はある実験をする事で原子の正しい構造が分かったんです。
原子はどんな構造をしているのでしょうか。
原子に小さな小さな粒を当ててみましょう。
もし原子がトムソン型であれば全体は薄い膜中に硬いものがないので粒は全て通り抜けてしまうはずです。
そしてもし原子が長岡型モデルであれば通り抜けるものもありますが中心の重い物体に当たったものは跳ね返り戻ってくるはずです。
当てるのは小さな粒ヘリウムイオンです。
そしてそのヘリウムイオンを当てるのは薄い金ぱくです。
ヘリウムイオンが金ぱくの金原子を通り抜ければその先に取り付けた光を発する板に当たって光るという仕組み。
原子に当てたイオン…それではヘリウムイオンを発射します。
板が光りました。
ヘリウムイオンが金原子を通り抜けたのです。
ヘリウムイオンは全て金原子を通り抜けるのでしょうか。
手前に跳ね返されているかを調べます。
跳ね返ったイオンの数はこのグラフの面積で表されます。
結果およそ６兆個のイオンを発射してそのうちの１５００万分の１およそ４０万個のイオンが跳ね返ってきました。
この結果から原子の構造はトムソン型より長岡型の方に近い事が分かりました。
でも長岡型にしては跳ね返ってくる粒の割合が少なすぎます。
これはどういう事なんでしょうか。
あれ？どっちも違うの？うん。
長岡型は近いんだけど原子の中心の粒の大きさが違ったの。
そしてその後の研究で…。
はい。
このように全ての原子の中心にはプラスの電気を帯びた重くて小さな粒原子核があってその周りをマイナスの電気を帯びたたくさんの電子が取り巻いていると考えられるようになったんだよ。
なるほど。
原子の中心にある原子核は長岡型より真ん中の粒の大きさがずっと小さいんだ。
ねえねえ原子核ってどれぐらいの大きさなの？原子の種類によって原子全体や原子核の大きさはいろいろだけど例えばヘリウム原子の場合は野球場をヘリウム原子全体の大きさだとすると原子核は真ん中にあるこの二塁ベースに載せた米粒ぐらいの大きさなんです。
（ナオ）え〜そんなに小さいんだ。
そう。
そしてこの辺りにある電子はそれよりももっともっと小さいんだよ。
でも原子核が二塁ベースに置いた米粒で電子がそれよりもっと小さかったら野球場つまり原子の残りの部分はどうなってるんだろう。
知りたいね。
先生こんにちは。
こんにちは。
教えて下さい。
原子の構造で原子核と電子以外の部分はどうなっているんですか？はい。
原子核と電子以外の原子の大部分なんですけども実は真空なんです。
え？原子ってスカスカの構造なんですか？意外です。
先生もっと詳しく教えて下さい。
分かりました。
そして原子核を取り囲むように電子が雲のように広がっています。
雲ですか？はい。
原子の姿については物理学者の間で多くの議論が交わされました。
そしてその結果出来上がったのが量子力学という非常に小さい世界を説明するための学問なんです。
その量子力学が明らかにした水素原子の姿がこれです。
え〜！電子がいっぱいあるという事ですか？いえいえ。
イラストではそういうふうに見えますがそうではないんです。
水素原子には電子が１つしか存在しません。
でも量子力学ではいわゆる分身の術のように１つの電子が無数の場所にほぼ同時に存在できるとしているんです。
その様子を描くとこのようになります。
つまりこの雲のように見える部分は電子が存在できる領域を表しているんです。
だから原子の形はボールのように境界線がはっきりしている訳ではなくこのようにぼんやりとしているんです。
今までイメージしていた原子の姿とは随分違うんですね。
「化学基礎」では原子の中の特に電子に注目する事が多くなります。
原子の構造をしっかりイメージしておいて下さい。
はい。
先生ありがとうございました。
今日は…実は原子核の中身がどうなっているのかについても既に分かっているんです。
え？原子核ってものすご〜く小さいのにその中も分かってるの？はい。
これはヘリウムの原子核です。
では中を見てみましょう。
ヘリウムの原子核は陽子と中性子の集まりなんです。
陽子と？中性子？はい。
これはプラスの電気を持っている陽子。
この陽子の数は原子の種類ごとに決まっています。
そしてこちらは電気を持たない中性子です。
原子核の中はこういうふうになっています。
原子核の中の事まで分かっているなんてすごい。
ほかにも原子ごとの重さの比率も分かってるんだよ。
本当？その重さの比率を知るのに使うのが質量数なんです。
質量数は陽子の数と中性子の数の和つまり２つを足した値の事です。
陽子の数と中性子の数を足したものが質量数？そう。
じゃあナオちゃんヘリウム原子の質量数はいくつですか？え〜っと…ヘリウムの場合陽子が２つ中性子が２つで足して質量数は４です。
正解！ナオちゃんすごい！フフフ。
あれ？でも原子には電子もあるよね。
原子の質量を考えるのに電子の事は考えなくてもいいの？そうだね。
じゃあちょっと実験してみようか。
うん。
うん。
何だろう。
ジャ〜ン。
まずこの２ｋｇのお米の袋を２人とも持ってその重さを感じてみて下さい。
うん。
ずしっと来る。
じゃあ目を閉じてみて。
はい。
そしてこれを載せます。
２人とも重さに変化はありましたか？いや何も変わらないです。
私も。
そうですか。
では目を開けて下さい。
おお。
一円玉が載ってる。
私も。
でも一円玉１枚載せたぐらいじゃ重さの違いなんて分かんないよ。
そうだね。
実は陽子と電子の質量の違いもこんな感じなの。
２ｋｇのお米の袋が陽子の質量だとすると電子の質量は一円玉１枚つまり１ｇぐらいしかないんだよ。
えっそうなんだ。
うん。
じゃあこちらを見て下さい。
このように陽子や中性子の質量を１とした場合電子の質量はそのおよそ１８４０分の１しかないんです。
ふ〜ん。
つまり陽子と中性子に比べて電子は圧倒的に軽いんです。
なるほど。
電子はものすご〜く軽いから原子の質量を考える時無視しても大丈夫なんだ。
はい。
だから質量数は陽子の数と中性子の数を考えるだけでいいんです。
じゃあここまでをまとめてみましょう。
このコーナーのケミカルポイント！話題のケミカルグッズをご紹介。
今日はメスシリンダー。
…という意味なのよ。
液体の量を量る筒型の器具ね。
底の部分は広がって転倒防止効果抜群。
液体をぴったりと注ぐためには液面と目の高さを合わせて集中すること。
目盛りは液面のへこんだ部分を真横から見るの。
メスシリンダーケミカルガールの必須アイテムよ。
最後は「元素の記号〜質量数と原子番号」です。
カナちゃん原子番号ってどういう意味？原子に含まれる陽子の数は原子の種類ごとに決まっているという事はさっき説明したよね。
うん。
実はこの陽子の数をその原子の原子番号というんです。
へえ〜。
何だか覚える事がいっぱいあって大変。
でもほとんどの原子は陽子中性子電子の組み合わせで出来てるんだよ。
そしてその組み合わせの違いがいろんな元素の性質の違いを生み出しているの。
組み合わせの違いだけであんなにたくさんの元素があるの？そう。
だから元素ごとの陽子中性子電子の数をきちっと知る事はとっても重要な事なんだよ。
ふ〜ん。
ではここで復習です。
ヘリウムの陽子の数はいくつでしたか？え〜っとさっきやったよね。
はい。
２つです。
そう。
じゃあヘリウムの原子番号はいくつ？原子番号は陽子の数と同じだからヘリウムの陽子の数が２という事はヘリウムの原子番号も２です。
はいリホちゃんよくできました。
やった。
こんなふうに陽子の数は原子番号を見ると分かるんだよ。
じゃあ…どんな原子も電気的に中性。
つまりマイナスの電子の数はプラスの陽子の数と同じです。
原子番号は陽子の数と一緒だから原子番号が分かれば電子の数も分かるんです。
なるほど。
じゃあ中性子の数はどうすれば分かるの？それは質量数で分かるんです。
質量数って何だったっけ？えっと…質量数は陽子と中性子の数の和でした。
あっそうか。
質量数から陽子の数を引けば中性子の数が分かるんだね。
そういう事です。
つまり質量数と原子番号が分かれば陽子数中性子数電子数がみんな分かっちゃうという事です。
う〜ん簡単。
そしてこの質量数と原子番号の表し方には決まりがあるんですよ。
それがこちらです。
元素記号の左上の数字が質量数。
そして左下の数字が原子番号を表すというのが世界共通のルールなんです。
これを見れば誰でも陽子電子中性子の数が一目で分かっちゃうという訳なんですね。
はい。
では問題です。
はい。
それぞれの中性子数は一体いくつですか？まず炭素は質量数が１２で原子番号は陽子の数と同じだったから陽子は６個。
質量数は陽子の数と中性子の数の和だから質量数から陽子の数を引く。
つまり１２−６で中性子は６個です。
リホちゃん正解！私もやる。
はいどうぞ。
ナトリウムの場合は質量数２３から原子番号１１を引いて中性子は１２個。
正解！さすがケミカルシスターズ。
簡単じゃん。
ではこのコーナーのケミカルポイント！原子って目に見えないくらい小さいのによくここまでいろいろな事が分かったよね。
本当。
そうだね。
長い時間をかけてたくさんの科学者がいろんな疑問を一つ一つ解き明かしてきたから私たちは原子の姿を知る事ができるようになったんだよ。
よ〜し。
私も化学の歴史を塗り替えるすごい発見しよう。
（リホカナ）頑張って。
でも…何から始めればいいんだろう。
え〜！そこ重要だよ。
だって…。
原子の中心にはプラスの電気を持つ原子核がありその周りをマイナスの電気を持つ電子が取り巻いています。
多くの原子核はプラスの電気を持つ陽子と電気を持たない中性子から成っています。
2014/06/04(水) 14:00〜14:20
ＮＨＫＥテレ１大阪
ＮＨＫ高校講座　化学基礎▽原子核と電子〜原子は“もうこれ以上分けられない”のか？

化学基礎は平成２４年度から新たに設けられた科目で、中学校から高校への橋渡しの役目をする内容です。基礎をしっかり学んで、本格的な化学の学習に役立ててください。

詳細情報
番組内容
原子（アトム）は物質の基本粒子。そして、アトムは「分けられない」という意味の言葉だ。しかし、原子について研究が進み、原子の構造がしだいに明らかにされてきた。まず「電子」が発見され、これが原子の一部であることがわかった。さらに、さまざまなモデルが考えられ、原子には「中性子」「陽子」でできた原子核という重くて小さな中心があることが分かった。
出演者
【解説】東京都立南多摩高等学校教諭…貝谷康治，【出演】高田里穂，吉田奈央，横畠加奈子，【語り】伊倉一恵

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音声 : 2/0モード（ステレオ）
サンプリングレート : 48kHz

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