原子の構成と元素の周期表

� 原子の構成❶原子 物質を構成する最小の粒子。原子は電気的に中性。元素記号で表される。

●陽子の数は，原子の種類によって決

まっている。

●陽子の数=電子の数

●陽子の質量≒中性子の質量

●陽子 1個のもつ電気量と電子 1個の

もつ電気量の絶対値は等しい

(1.602×10C)。約 1〜8×1015m (1〜8×106nm)原子核の半径

約 1〜3×1010m (0.1〜0.3nm)原子の半径

❷原子の構成表示 元素記号の左下に原子番号，左上に質量数を記す。

質量数=陽子の数+中性子の数原子番号=陽子の数(=電子の数)

〈例〉 質量数………

原子番号…… C126

中性子の数は質量数−原子番号で求められる。

❸同位体(アイソトープ) 原子番号が同じで質量数の異なる原子どうし。同位体どう

しでは，陽子の数は同じであるが，中性子の数が異なる。化学的性質はほぼ同じ。

同位体陽子

の数

中性子

の数質量数

天然存在

比〔％〕

H11

H21

H31

1

１

１

0

1

2

1

2

3

99.9885

0.0115

極微量

C126

C136

C146

6

6

6

6

7

8

12

13

14

98.93

1.07

極微量

❹放射性同位体(ラジオアイソトープ) 放射線を放出する同位体。原子核が不安定

で，放射線を放出して他の元素の原子に変わる(壊変，崩壊)。〈例〉 H31 ， C146 など

γ線：高エネルギー

の電磁波γ壊変

β線：電子 eの流れβ壊変

α線：ヘリウム He42

の原子核の流れα壊変

放射線壊変 変化

原子番号が 2，質量数が 4 減少。

〈例〉 Ra22688 ⇒ Rn222

86 + He42

中性子が陽子と電子に変化。原子番

号が 1 増加，質量数は変化なし。

〈例〉 C146 ⇒ N14

7 +e

原子番号も質量数も変化なし。

(a) 半減期 放射性同位体の量がもとの半分になるまでの時間。

〈例〉 14Cの半減期：5730年… C14 の量(数)が半分になるまでに5730年かかる。

(b) 利用 医療分野(がん治療，画像診断など)，品種改良，年代測定など。

�電子配置❶電子殻 電子はいくつかの電子殻に存

在。電子殻は原子核に近い順に，Ｋ殻，

Ｌ殻，Ｍ殻，Ｎ殻…とよばれる。外側の

電子殻ほど，エネルギーが高い。

電子の最大収容数=2n2 (n=1，2，3…)

❷電子配置 電子殻への電子の配分のさ

れ方。一般に，電子はK殻，L殻，M殻…の順に収容される。

(a) H1 〜 Ca20 の電子配置 ：希ガス(貴ガス)型電子配置(安定な電子配置)

N10 eの電子配置(K殻に 2個，L殻に 8個)を K2，L8と表すこともある。

1H 2He 3Li 4Be 5B 6C 7N 8O 9F 20Ca

K殻 1 2 2

1

2

2

2

3

2

4

2

5

2

6

2

7

2

8

8

2

L殻

M殻

N殻

2

8

1

11Na

2

8

10Ne

2

8

4

14Si

2

8

3

13Al

2

8

2

12Mg

2

8

7

17Cl

2

8

6

16S

2

8

5

15P

2

8

8

1

19K

2

8

8

18Ar

(b) 閉殻 最大数の電子が収容されている電子殻。

(c) 最外殻電子 最も外側の電子殻に存在する電子。

❸価電子 原子が他の原子と結合するときに重要な働きをする電子。一般に，最外殻電

子が価電子として働く。価電子の数が等しい原子どうしは，化学的性質が似ている。

２. 原子の構成と元素の周期表 13

第Ⅰ章

物質の構成

�元素の相互関係❶元素の周期律 元素を原子番号の順に並べると，その性質が周期的に変化。

❷元素の周期表 元素の周期律にもとづいて，元素を原子番号の順に並べ，性質のよく

似た元素が縦に並ぶように配列した表。元素の周期表の縦の列を族，横の行を周期とい

う。同じ族に属する元素を同族元素といい，これらは互いに化学的性質が似ている。

1869年，ロシアのメンデレーエフらが原子量(⇒p.46)の順に並べた周期表を発表し，

その後，原子番号の順に変えられた。

❸典型元素と遷移元素

(a) 典型元素 1，2および12〜18族の元素群。価電子の数は族番号とともに変化し，

同族元素は性質が類似。単体の密度は小さく，化合物は無色のものが多い。

(b) 遷移元素 第 4周期以降の 3 〜11族の元素群。最外殻電子の数は 1 〜 2で，同一

周期でも互いに性質が類似。単体の密度は大きく，化合物は有色のものが多い。

14 第Ⅰ章 物質の構成

❹金属元素と非金属元素

(a) 金属元素 単体は金属で，一般に陽イオンになりやすい(陽性が強い)。

(b) 非金属元素 単体は分子からなるものが多く，16，17族の原子は陰イオンになりや

すい(陰性が強い)。

両性元素：Al，Zn，Sn，Pbなど。両性元素の酸化物または水酸化物は酸とも塩基とも反応。

次の文中の( )に適当な語句，数値，記号を入れよ。

� 原子は，中心にある( ア )と負の電荷をもつ( イ )からできている。(ア)は，正の

電荷をもつ( ウ )と，電荷をもたない( エ )からできている。

� 原子では，原子核内の( オ )の数と，原子核のまわりを運動する( カ )の数とが等

しく，原子は電気的に中性である。

C136

� 原子の構成は，元素記号の左上に( キ )，左下に( ク )を添えて表示され

る。(ク)は原子核中の( ケ )の数と等しく，(キ)は(ケ)と( コ )の数の和

である。したがって，右に示した原子の中性子の数は( サ )個と求められる。

� 原子番号が同じで，質量数の異なる原子どうしを( シ )という。(シ)では，原子核中

の( ス )の数が同じで，( セ )の数が異なっている。

同位体のうち，α線や β線などの( ソ )を放出して，他の元素の原子に変わるものを

( タ )という。

� 電子はいくつかの層にわかれて存在し，この層を( チ )という。(チ)は，原子核に近

いものから順に，( ツ )殻，( テ )殻，Ｍ殻，…とよばれる。内側からn番目の(チ)

の最大収容電子数は( ト )と表される。

� 元素を原子番号の順に並べ，よく似た性質の元素が縦に並ぶように配置した表を元素

の( ナ )という。(ナ)において，縦の列を( ニ )，横の行を( ヌ )という。

元素は，典型元素と( ネ )元素，非金属元素と金属元素などに分類される。(ネ)元素

はすべて( ノ )元素である。

２. 原子の構成と元素の周期表 15

第Ⅰ章

物質の構成

次の各問いに答えよ。

� 元素の周期表の一部に，原子番号 1 〜20の元素の元素記号(上段)と名称(下段)を記せ。

1 2 13 14 15 16 17 18

1

族周期

1

2

2

3 4 5 6 7 8 9

3

4

10

11 12 13 14 15 16 17 18

19 20

� 次の(1)〜(4)には元素記号を，(5)〜(8)には元素の名称を記せ。

(1) 鉄 (2) 銅 (3) 亜鉛 (4) 銀 (5) Mn (6) Br (7) I (8) Pb

� 次の電子配置で示される原子の名称を記せ。

� 次の各原子の電子配置を例にならって記せ。 (例) Cl17 ：K2 L8 M7

(1) H1 (2) Li3 (3) C6 (4) O8 (5) Ne10 (6) Na11 (7) S16

� 次の各原子の価電子の数を記せ。

(1) H1 (2) Li3 (3) C6 (4) O8 (5) Ne10 (6) Na11 (7) S16

プロセス・ドリルの解答

�1 (ア) 原子核 (イ) 電子 (ウ) 陽子 (エ) 中性子 �2 (オ) 陽子 (カ) 電子 �3 (キ) 質量数

(ク) 原子番号 (ケ) 陽子 (コ) 中性子 (サ) 7 �4 (シ) 同位体 (ス) 陽子 (セ) 中性子

�5 (ソ) 放射線 (タ) 放射性同位体(ラジオアイソトープ) �6 (チ) 電子殻 (ツ) K (テ) L (ト) 2n2

�7 (ナ) 周期表 (ニ) 族 (ヌ) 周期 �8 (ネ) 遷移 (ノ) 金属 �9 (1) H，水素

(2) He，ヘリウム (3) Li，リチウム (4) Be，ベリリウム (5) B，ホウ素 (6) C，炭素

(7) N，窒素 (8) O，酸素 (9) F，フッ素 (10) Ne，ネオン (11) Na，ナトリウム

(12) Mg，マグネシウム (13) Al，アルミニウム (14) Si，ケイ素 (15) P，リン (16) S，硫黄

(17) Cl，塩素 (18) Ar，アルゴン (19) K，カリウム (20) Ca，カルシウム

�10 (1) Fe (2) Cu (3) Zn (4) Ag (5) マンガン (6) 臭素 (7) ヨウ素 (8) 鉛

�11 (1) 水素 (2) 窒素 (3) ネオン (4) マグネシウム (5) アルミニウム

�12 (1) K1 (2) K2 L1 (3) K2 L4 (4) K2 L6 (5) K2 L8 (6) K2 L8 M1 (7) K2 L8 M6

�13 (1) 1 (2) 1 (3) 4 (4) 6 (5) 0 (6) 1 (7) 6

16 第Ⅰ章 物質の構成

基本例題 3 原子の構成 問題 18･19

次の各原子について，下の各問いに答えよ。

(ア) C126 (イ) C146 (ウ) O168 (エ) S3216 (オ) Ca4020

(1) (ア)と(イ)のような原子を互いに何というか。

(2) 原子核中の中性子の数が等しい原子はどれとどれか。(ア)〜(オ)の記号で記せ。

(3) 最も外側の電子殻がN殻である原子はどれか。(ア)〜(オ)の記号で記せ。

(4) 価電子の数が最も少ない原子はどれか。(ア)〜(オ)の記号で記せ。

基本例題 4 原子の電子配置と周期表 問題 22

次の(ア)〜(オ)の電子配置で示される原子について，下の各問いに答えよ。ここで，

は原子核， は電子を表し，原子核のまわりの同心円は電子殻を表す。

(1) 同族元素の原子はどれとどれか。(ア)〜(オ)の記号で記せ。

(2) 元素の周期表の第 3周期に属する原子をすべて選び，(ア)〜(オ)の記号で記せ。

(3) アルカリ金属の原子はどれか。(ア)〜(オ)の記号で記せ。

(4) 化学的に極めて安定な原子はどれか。元素記号で答えよ。

２. 原子の構成と元素の周期表 17

第Ⅰ章

物質の構成

(1) 原子番号は同じで，質量数が異なる原子

どうしを互いに同位体という。

(2) 中性子の数=質量数−陽子の数(原子番号)

(3) N殻は内側から 4 番目の電子殻であり，

最外殻がN殻になる原子は第 4周期に属する。

(4) 希ガス以外の典型元素の原子では，最外

殻電子の数と価電子の数は等しい。希ガスは

安定であるため，価電子の数を 0とする。

(1) 同位体

(2) 中性子の数は，(ア)： 6，(イ)： 8，

(ウ)： 8，(エ)：16，(オ)：20である。

(イ)と(ウ)

(3) Ca4020 は第 4周期に属し，その電子配

置は，K2，L8，M8，N2である。 (オ)

(4) (ア)と(イ)の価電子の数は 4，(ウ)

は 6，(エ)は 6，(オ)は 2である。(オ)

電子の総数が原子番号に等しいので，(ア)は 2He，(イ)は 6C，(ウ)は 9F，

(エ)は 11Na，(オ)は 14Siである。

(1) 一般に，同族元素の原子は最外殻電子の数が等しい(希ガスを除く)。

(2) 第 3 周期に属する原子の最外電子殻は，すべて内側から 3 番目

(n=3)のＭ殻である。

(3) アルカリ金属は水素Hを除く 1族元素の総称で，その原子は最外

殻に電子を 1 個もつ。

(4) 希ガスの原子は化学的に非常に安定な電子配置をとる。

(1) (イ)と(オ)

(2) (エ)，(オ)

(3) (エ)

(4) He

17. 原子の構成●次の文中の( )に適当な語句を入れよ。

原子の中心には原子核があり，その周囲を負の電荷をもつ( ア )

が取りまいている。原子核は，正の電荷をもつ( イ )と，電荷をも

たない( ウ )からできている。各元素の原子では，原子核中の(イ)

の数が決まっており，これを( エ )という。また，(イ)の数と(ウ)

の数の和を( オ )という。

18. 原子の構成表示●原子の構成を M と表したとき，次の(1)〜(4)は，AとZを用いて

どのように表されるか。

(1) 質量数 (2) 陽子の数 (3) 電子の数 (4) 中性子の数

19. 同位体●天然の酸素原子には O168 ， O178 ， O188 がある。次の各問いに答えよ。

(1) これらの原子の関係を何というか。

(2) O168 ， O178 ， O188 について，陽子の数，中性子の数，電子の数をそれぞれ求めよ。

(3) これらの 3 種類の酸素原子を組み合わせると，何種類の酸素分子 O2ができるか。

20. 放射性同位体●次の文を読み，下の各問いに答えよ。

同位体には，原子核が不安定なものがあり，( ア )線を放出して，他の元素の原子

に変わる。このような同位体を( イ )という。(ア)線には，( ウ )の原子核の流れ

であるα線や( エ )の流れである β線，高エネルギーの電磁波である γ線などがある。

(1) 文中の( )に適当な語句を入れよ。

(2) 原子が(ア)線を放出して他の元素の原子に変わることを何というか。

(3) 炭素の同位体 C146 は， β線を放出して他の元素の原子に変化する。このとき生じ

る他の原子は何か。 C146 と同様に示せ。

(4) ある遺跡から発掘された木片を調べると， C146 の量がもとの18であった。 C146 の

半減期を5730年とすると，この木片は何年前まで生存していたと考えられるか。整数

値で答えよ。

21. 原子●原子に関する次の記述のうち，正しいものを 2つ選び，番号で記せ。

園 原子の半径は，原子核の半径のおよそ100〜1000倍である。

堰 原子内の陽子の数と電子の数の和を質量数という。

奄 中性子は，すべての原子の原子核に含まれる。

宴 原子核中の陽子の数が等しい原子どうしは，同じ元素の原子である。

延 陽子，中性子，電子の質量は，ほぼ等しい。

怨 原子には，天然に同位体が存在しないものもある。

18 第Ⅰ章 物質の構成

22. 原子の電子配置●次の電子配置をもつ原子について，下の各問いに答えよ。

(1) (ア)〜(オ)の各原子の名称を記せ。

(2) (ウ)の原子の最外殻には，あと最大何個の電子を収容することができるか。

(3) (ア)〜(オ)の各原子の価電子の数はいくらか。

(4) 8Oおよび 17Cl原子について，その電子配置を図にならって示せ。

23.グラフ

元素の周期律●次のグラフは，原子番号 1 〜20の元素の性質を示す数や量を表した

ものである。(ア)〜(ウ)に該当するものを選択群の中から選び，番号で記せ。

〔選択群〕 園 電子の数 堰 価電子の数 奄 原子半径 宴 第 1イオン化エネルギー

24. 元素の周期表●元素の周期表の

概略図を示す。下の(1)〜(7)の各元

素群にあてはまる領域をすべて選び，

(ア)〜(ケ)の記号で示せ。ただし，

領域は重複して選んでよい。

(1) アルカリ金属

(2) アルカリ土類金属

(3) 希ガス (4) ハロゲン

(5) 遷移元素 (6) 金属元素 (7) 非金属元素

25.論述

元素の周期表●次の文中の( )に適当な語句を入れ，下の各問いに答えよ。

ロシアの( ア )は，1869年，元素を( イ )の小さい順に並べ，性質のよく似た元

素が周期的に現れること，すなわち元素の( ウ )を発見し，周期表の原形をつくった。

その後，周期表は改良され，現在では元素を( エ )の順に並べている。

(1) 同じ族にある典型元素の原子では，価電子の数はどのようになるか。

(2) 典型元素および遷移元素について，同一周期で，最外殻電子の数はどのように変化

するかをそれぞれ記せ。

２. 原子の構成と元素の周期表 19

第Ⅰ章

物質の構成

発展例題 2 元素の周期表と性質 問題 30

次の元素の周期表( a〜 pは元素を示す)について，下の各問いに答えよ。

e f g

族周期 1 2 13 14 15 16 17 18

2 a b c d h

3 i j k l m n o p

(1) M殻に価電子を 6 個もつ元素は何か。 a〜 pから選び，記号と元素記号を記せ。

(2) 常温・常圧において，単体が気体として存在する元素は何種類か。

(3) 第 1イオン化エネルギーが最大の元素と最小の元素を，それぞれ a〜 pから選び，

記号と元素記号を記せ。

26. 原子の構成■塩化水素分子 HCl 1個に含まれる陽子の数 a，中性子の数 b，および電

子の数 cの大小関係を正しく表しているものを，次の園〜延のうちから 1つ選べ。ただ

し，この塩化水素分子は H1 と Cl35 からなるものとする。

園 a=b=c 堰 a=b>c 奄 a=b<c

宴 a>b=c 延 a<b=c (16 東京理科大 改)

電子殻 K L M N

原子(A) 2

原子(B) 2 8

原子(C) 2 8 2

原子(D) 2 8 4

原子(E) 2 8 7

原子(F) 2 8 8 1

27. 原子の電子配置■表は(A)〜(F)の原子の電子配置

を示したものである。原子(A)〜(F)について，次の

各問いに答えよ。

(1) 炭素と同族元素の関係にある元素の原子を選び，

元素記号で記せ。

(2) ハロゲンの原子を選び，元素記号で記せ。

(3) 質量数が26の原子(C)の中性子の数はいくらか。

(4) 周期表の第 3周期に属する元素の原子をすべて選び，元素記号で記せ。

(5) 第 1イオン化エネルギーが最も小さい原子を選び，元素記号で記せ。

(6) 陰性が最も強い原子を選び，元素記号で記せ。 (12 埼玉工業大 改)

20 第Ⅰ章 物質の構成

⑴ Ｍ殻(n=3)に価電子をもつ原子は，第 3周期に属

する。典型元素では，価電子の数は族番号の 1位の

数字と同じである(18族の元素を除く)。

(2) 非金属元素の単体には，常温・常圧で気体のもの

が多い。18族の希ガスはすべて気体である。

(3) 第 1イオン化エネルギーは，同一周期では右に

いくほど，同族では上に行くほど大きくなる。

(1) 第 3周期で価電子を6個もつ原

子は16族のn，すなわちSである。

(2) e の N2， f の O2や O3， gの

F2，hの Ne，oの Cl2，pの Arの

6種類である。

(3) 最大は hの Ne，最小は i の

Naである。

28.論述 グラフ

元素の周期律■図は，原子番号 1

から20までの原子と，その第 1イオ

ン化エネルギーの関係を示したもの

である。次の各問いに答えよ。

(1) 第 1イオン化エネルギーが大

きい，原子番号 2，10，18の原子

は，何と総称されるか。

(2) 第 1 イオン化エネルギーは，

同族元素の原子ではどのように変化するか。簡潔に述べよ。

(3) 原子番号 5と10の原子の，最外殻電子の数および価電子の数をそれぞれ記せ。

(09 岩手大 改)

29. 元素の分類と原子の構成■次の各原子について，下の(1)〜(9)にあてはまるものをす

べて選び，園〜沿の番号で記せ。

園 He42 堰 Li7

3 奄 C126 宴 F199 延 Ne2010 怨 Al27

13 掩 S3216 援 Ca4020 沿 Fe56

26

(1) アルカリ金属元素 (2) ハロゲン元素

(3) 希ガス元素 (4) 遷移元素

(5) 第 2周期に属する (6) 中性子を10個もつ

(7) 価電子を 4 個もつ (8) 単体が金属である

(9) 単体が常温・常圧で気体である (13 足利工業大 改)

30. 元素の周期表■次の表は，元素の周期表の抜粋である。下の各問いに答えよ。

N O F

族周期 1 2 13 14 15 16 17 18

2 Li Be B C Ne

3 Na Mg Al Si P S Cl Ar

4 K Ca Ga

10

Zn

12

Ge As Se Br Kr

11

Cu

6

Fe

8

Ni

9

Co

7

MnTi

4

Cr

5

V

3

Sc

(1) 表中の遷移元素の数を答えよ。

(2) 第 3周期の元素で，第 1イオン化エネルギーが最小のものを元素記号で記せ。

(3) 炭素原子には，質量数が12，13，14の 3 種類の同位体が存在する。この中で質量数

13の炭素原子の中性子の数を答えよ。

(4) 表中の元素のうち，次にあてはまるものをそれぞれ選び，元素記号で記せ。

① M殻に 3 個の価電子をもつ ② 陽性が最も強い

③ 単体が常温・常圧で液体である ④ アルカリ土類金属

(5) 次の文中の(ア)と(イ)に適切な記号または数値を答えよ。

原子番号25番の元素であるマンガンの電子配置では，最外殻に 2 個の電子が存在

する。最外殻のすぐ内側の電子殻は( ア )殻で，( イ )個の電子が存在する。

(15 九州大 改)

２. 原子の構成と元素の周期表 21

第Ⅰ章

物質の構成