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「物の成り立ちを再発見!」原子の質量の求め方を知る

      2019/05/21

「物の成り立ちを再発見!」原子の質量の求め方を知る

物質中には、多数の原子が含まれていることが想像できますか?なにせ物質は原子が結びついて出来ているので原子自体の質量を天秤で測るワケにはいきませんよね。また、軽すぎますしね。一体どんな風な求め方があるのでしょうか?今回は、化学の目線で物質の原子の質量の求め方についてまとめてみました。

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原子の質量の求め方にアプローチ

原子とは、物質を構成する最小単位である。
原子核と電子からなる。一方分子とは、原子が2個以上集まった化合物のことである。

引用元-原子と分子の違い〜原子と分子の違いを簡単解説

原子とは、物質を構成する最小単位で、物質を分割していって元素の性質を有する最小の微粒子。
原子は、さらに微細な原子核と電子が電磁相互作用によって結びついたものである。
一方、分子とは、複数の原子が集まっている結合体である。物質がその科学的性質を保って存在しうる最小の構成単位とみなされるもの。
2個の原子から構成される分子から、数万の原子から一つの分子となる高分子まである。
例えば水(H20)の分子は、水素原子2個と酸素原子1個で構成されている。

引用元-原子と分子の違い〜原子と分子の違いを簡単解説

原子の質量の基本|周期表

メンデレーエフが、当時発見されていた原子(=正確には元素)を、軽い順に並べていくと、良く似た性質が周期的に現れること(これ自体は他の人も気が付いていた)と、その周期表の空白部分には未発見の原子が存在すること、そらにその性質、そしてどこを探せばよいかまでも予測して見せました。
それがきっかけとなり、多くの原子が発見され周期表は埋まっていき、周期表が証明されて行きました。

引用元-科学に強い方、教えてください。 – 科学 解決済 | 教えて!goo

[過去]
作者・・・メンデレーエフ
並び順・・・原子量順
[現在]
作者・・・不明
並び順・・・原子番号(陽子数)順

引用元-周期表の基礎|化学基礎.com

・周期表の位置による分類
  典型元素・・・1・2・12〜18族の元素
  遷移元素・・・3〜11族の元素

・原子の性質による分類
  金属原子・・・陽イオンになりやすい原子
  非金属元素・・・陰イオンになりやすい原子

引用元-周期表の基礎|化学基礎.com

原子の質量の求め方|モルってなんだっけ?

「モル」は個数です。鉛筆が1本、2本、、、そして12本集まると「1ダース」ですね。12が1になる。こんなことはあり得ませんが、もし鉛筆が6.0×10²³本集まったら、それは「1モル」です。

1モル(mol)=6.0×10²³コ

では、なんでこんな莫大で中途半端な数字を1にしたのでしょう?
1円玉。私達にとってとても小さい硬貨です。ではこの1円玉は何コの原子からできているのでしょう?ただし1円玉は1gでアルミニウムからできています。
その答えは、1/23×6.0×10²³=2.6×10²²コです。こんな小さな1円玉でさえ、非常に多くの原子からできている。我々の世界と原子の世界ではスケールが全く違うわけです。原子の世界にとっては一円玉は超巨大な物体なんです。
ですから、鉛筆やリンゴ、本などと違って、原子を数えるときはどうしても莫大な数になってしまう。1円玉でさえ2.6×10²³コです。我々の世界にあるものの原子の数をそのまま数えたらいつも気の遠くなる数字になってしまう。
「この物質は12×10²³コの原子からできています」って言われたってピンとこない。もしこれをモルで表現するなら、「この物質は2モルです」 莫大な数がとても身近な小さい数字になってくれる。これがモルという単位の存在意義です。

引用元-モル

原子の質量の求め方|式量ってなんだっけ?

原子量、分子量、式量の違いについてです。
何が違うか分かりますか?

引用元-原子量、分子量、式量の違い | みくあす化学館

原子量は、周期表に書いてある値です。

酸素Oは16
窒素Nは14

これが原子量です。分子量とはこれの分子バージョンです。求め方は、ただ原子量を足すだけですね。

酸素分子O₂は32
水H₂Oは18

ポイントは、『分子でできている』ということです。酸素分子は酸素原子2個でできてます。水は酸素原子1個と水素原子2個ですね。
このような区切りがあるものが分子です。で、分子に使うのが分子量。

じゃあ式量は?
これは、『イオン結晶でできているもの』に使うものです。

塩化ナトリウムNaClは58
硝酸カリウムKNO₃は101

イオン結晶には区切りがありません。塩化ナトリウムは、塩素とナトリウムが交互に無限に繋がっています。
このような区切りのないもの、イオン結晶からなるものには式量を使います。
呼び方が違うだけで同じようなもんです。

引用元-原子量、分子量、式量の違い | みくあす化学館

原子の質量の求め方をたどると|モルを理解する事が必須

原子一つの重さは限りなく軽いので・・・
モルという一つの大きな塊(6.02×10^23個)集めると『原子量』『分子量』『式量』と同じ重さ(g)になります。
たとえば炭素Cの原子量は12なので・・・
1モルで12g、2モルで24gということは炭素は12g/molということになります。
考え方は正しいと思います。

モル質量というよりかはモルは大きな一つの原子(分子)の塊と覚えると考えやすいのではないかと・・・

引用元-「モル質量」=「原子量」「分子量」「式量」と考えていいん… – Yahoo!知恵袋

物質1molに含まれる粒子の数である6.02×10²³という数字は、アボガドロ数(アボガドロすう)と呼ばれています。
または1molあたりの粒子数である6.02×10²³/molをアボガドロ定数(アボガドロていすう)といいます。記号はN、単位は/mol(または個/mol、mol-1)になります。

引用元-モルって何? – 化学における数の数え方 | 図解でわかる危険物取扱者講座

原子の質量と原子の個数の求め方

ポイント
個数 = モル × アボガドロ定数
質量 = モル × 原子量

引用元-モル,質量,原子量,アボガドロ定数の計算はこの公式で全部解ける! | 大学受験の勉強ならWithdom

二酸化炭素3.0 × 10²³個の質量は何gか。

引用元-モル,質量,原子量,アボガドロ定数の計算はこの公式で全部解ける! | 大学受験の勉強ならWithdom

1.求めるものが二酸化炭素の質量だから、二酸化炭素のモル × 原子量である。
2.二酸化炭素のモルは 個数 ÷ アボガドロ定数 で求まるので、3.0 × 10²³ ÷ 6.0 × 10²³ = 0.5[mol]
3.よって、0.5 × (12+16×2) = 22[g]

引用元-モル,質量,原子量,アボガドロ定数の計算はこの公式で全部解ける! | 大学受験の勉強ならWithdom

原子の質量の求め方|質量はモルと原子量で決まり

質量(g)=物質量(モル)×原子量(分子量・式量)

物質量(モル)=質量(g)÷原子量(分子量・式量)

原子量(分子量・式量)=質量(g)÷物質量(モル)

この関係性を理解していれば、次のような問題も簡単に解くことができます。

1)0.5molのCO₂の質量、2.0molのNH₃の質量はそれぞれ何グラムでしょうか?

引用元-モル(物質量)のわからない所をわかりやすく2〜モルの計算と練習問題〜 / 化学 by 藤山不二雄 |マナペディア|

問題で聞かれているのは何グラムかということですから、上の図の質量を求めればいいわけです。質量は、物質量(モル)×原子量で求めることができますね。

■CO₂
CO₂の原子量を求めます。周期表よりCの原子量は12、O₂の原子量は16×2=32ですので、CO₂の原子量は12+32=44となります。
これより質量=0.5mol×44=22(g)です。

■NH₃
NH₃の原子量を求めます。周期表よりNの原子量は14、H₃の原子量は1×3=3ですので、NH₃の原子量は14+3=17となります。
これより質量=2mol×17=34(g)となります。

引用元-モル(物質量)のわからない所をわかりやすく2〜モルの計算と練習問題〜 / 化学 by 藤山不二雄 |マナペディア|

まとめ

う〜ん、奥が深い。学問って深い洞察力の上に成り立っているのですね。今回は、固体の原子の質量について調べてみました。学生気分に戻って化学を紐解いてみるのも意義がありそうですね。

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