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2001年の科学リテラシー調査----解答6

2001年の科学リテラシー調査』の解答です。

問題
下記の文が正しいか誤っているか答えよ。
『電子の大きさは原子の大きさよりも小さい。』

正解は、『正しい』です。


原子のイメージは、だいたい下図のようなものです。
Atom-1
electron…電子
protpn…陽子
neutron…中性子
nucleus…原子核
(上図はココよりの転載です)

いくつかの陽子と中性子が集まったダンゴ(原子核)の周りを、いくつかの電子が公転しています。
この原子核と電子の集合体を『原子』というのです。
電子は原子の一部ですから、『電子は原子より小さい』と言えます。

では、原子・電子はそれぞれ、どのくらいの大きさなのでしょうか?

まずは、質量から見てみましょう。

水素原子の場合。
水素原子の原子核は(水素1の場合)、陽子1個のみです。
そして、その周りに電子が1個、公転しています。
陽子1個の質量は、1.7×10⁻²⁷kg(1.7の小数点を左へ27桁動かします)。
電子1個の質量は、9,1×10⁻³¹kgです。
イメージはしにくいですが、電子の質量は、陽子の約1800分の1です。
ですから、おおよそ、『電子の質量は、水素原子の1800分の1』と言えます。

酸素原子の場合。
酸素原子の原子核は(酸素16の場合)、陽子8個と中性子8個を含んでいます。
その周囲に電子が8個公転してます。
電子の質量は、陽子の質量の1800分の1、陽子と中性子の質量は、ほぼ等しいので、
1800×(8+8)=28800ですから、おおよそ、『電子の質量は、酸素原子の28800分の1』と言えます。

次は、半径です。
でも、そもそも、原子の半径って、原子の中心からどこまでを言うのでしょうか?
上の図を見ても、ハッキリとした境界がありませんよね。
ですから原子の半径には、いくつかの考え方に基づく、いくつかの値があります。

ファンデル・ワールス半径
いくつかの原子が規則正しく集まり結晶になったとき、二つの原子の距離を2で割った値です。
イメージは、下図の r ような感じです。
ファンデル半径

共有結合半径
ファンデル・ワールス半径を考えるときは、複数の原子で結晶をつくってはいますが、原子どうしは結合していません。
複数の原子が、電子の軌道を共有することで結合する『共有結合』では、原子どうしはさらに接近します。
この、共有結合した原子どうしの距離を2で割った値が、『共有結合半径』です。

水素原子の場合。
ファンデル・ワールス半径   1.2Å
共有結合半径         0.37Å

酸素原子の場合
ファンデル・ワールス半径   1.4Å
共有結合半径         0.6Å   (1Å=10⁻¹⁰m)
(各半径の値は、理科年表H19年版を参考にしました。)

これに対して、電子の半径はどの程度でしょうか?
古典半径で、         0.000014Å
シュバルツシルト半径で    1.4×10⁻⁴⁵Å
原子に対して、明らかに、極端に小さいですね。
(値は、いくつかのサイトを参考にさせていただきました。古典半径を2.8×10⁻¹⁵m とするサイトもありましたが、恐らく『直径』の間違いではないかと思います。)
さて、『古典半径』とか『シュバルツシルト半径』って、どんな考え方なのでしょうか?
とても面白い話題なのですが、ショージキ、説明するのに私には荷が重過ぎるので、またの機会に、ということにさせてください。

テーマ : 自然科学
ジャンル : 学問・文化・芸術

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No title

緑虫さん、こんにちは。
何といいますか、文化的な生活に一時的に戻ることができ、
(ほんの一瞬ですが)うれしいです。(ネットがつながる環境)
(すみませんコメント欄で分からない話を・・)


> 下記の文が正しいか誤っているか答えよ。
> 『電子の大きさは原子の大きさよりも小さい。』

私の答えは、「正しい」 なのですが・・
理由が説明できない・・・。
(”学校でそう習ったから”という理由・・)

「原子の半径」なんて、考えたことがなかったです。
すっごく新鮮です。面白いです。
(そっかぁ、半径があるのか!)

私が少し考えてしまったのは、
「電子」と「電気」はどう違うんだっけな?(・∀・д・)
という初歩的なことなのですが、
自分で本で調べると楽しいかもと思いました。
大人になってからの理科というのは、面白いです!v-411
(受験勉強とは関係ないからでしょうか)

では、また来ますね~。(´・ー・`)/
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緑虫

Author:緑虫
本名は麻生 隆。
理科教室を開設します。

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