基礎科目・化学・材料
同位体と原子の構造
4問H28・R1・R3・R5
同位体は「陽子の数が同じで中性子の数が違う原子」で化学的性質はほぼ同じ、という正誤問題と、中性子・電子の数の計算が出ます。
よく出る形
- 同位体についての5つの記述の正誤の組合せ（令和3と令和元はほぼ同じ問題）
- 35Cl と 37Cl，40Ca と 40Ar の中性子・電子の数や，同位体・同素体の関係を問う（令和5，平成28）
- 同位体の定番の記述（化学的性質・電子の数・中性子の数・放射性同位体）の正誤を組み合わせる。Cl と Ca・Ar の組は数字がそのまま出る
覚えること
- 原子は，原子核（陽子と中性子）と，そのまわりの電子でできている
- 元素記号の左下の数字は原子番号（＝陽子の数），左上の数字は質量数（＝陽子 ＋ 中性子）
- 中性子の数 ＝ 質量数 − 原子番号。電荷のない原子では，電子の数 ＝ 陽子の数
- 陽イオン（＋）は電子を失った分だけ電子が少なく，陰イオン（−）は電子が多い。例：Na＋ の電子は 11 − 1 ＝ 10個
- 同位体：陽子の数が同じで，中性子の数（質量数）が違う原子どうし。例：12C と 14C，35Cl と 37Cl
- 同位体は電子の数が同じなので，化学的性質はほぼ同じ
- 原子量：同位体のまざる割合で平均した，原子の相対的な質量。塩素は 35Cl と 37Cl がおよそ 3：1 で，原子量は約 35.5
- 放射性同位体には，放射線を出して別の元素に変わるものがある（例：14C は β 線を出して 14N になる）
- 自然界にも放射性同位体はある（14C，40K など）。医療や，遺跡の年代測定（14C）に使われる
- 同素体：同じ元素でできた，性質の違う単体どうし。例：ダイヤモンドと黒鉛，酸素 O2 とオゾン O3
- 半減期：放射性同位体の量が半分になるまでの時間。残る割合 ＝ (1/2)t÷T（t：経過年数，T：半減期）
- 半減期が1回で 1/2，2回で 1/4，3回で 1/8，4回で 1/16。経過時間 ＝ 回数 × 半減期
解き方
- 左上・左下の数字から，陽子・中性子・電子の数を書き出す
- 原子番号が同じなら同位体，違えば別の元素
- 数値例：3517Cl の中性子は 35 − 17 ＝ 18個，3717Cl は 37 − 17 ＝ 20個。電子はどちらも 17個で同じ
- イオンは，電荷の分だけ電子を増減する
- 半減期の問題は，残る割合を (1/2) の何乗かで表す。乗の数が半減期の回数
ひっかけ
- 「質量数が違うので化学的性質も違う」「電子の数が違う」は誤り
- 40Ca と 40Ar は質量数が同じでも原子番号が違う別の元素で，同位体ではない
- 同位体を「同素体」と言いかえた選択肢は誤り（同素体は単体の話）
- 「放射性同位体はすべて人工的」は誤り。自然界にもある
- 質量数が同じでも，原子番号が違えば中性子の数は同じではない（14C は 8個，14N は 7個）
- 半減期の問題で，残る割合の 8 をそのまま年数にかけない。1/8 は半減期3回分
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平成に出た同じテーマ（1問）
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- 平成28年度同位体と中性子数