こんにちは！　　　　　　　　　　　　　　　今日のテーマ　　　　　　　　　　　　　　今井 泉先生

みなさん、こんにちは。

今日のテーマは、「原子量・分子量」。 講師は今井 泉先生、実験は古寺順一先生です。

原子量・分子量とは、原子や分子の「多さ」や「数」をいうのではなく、「質量」をいいます。

＜今日のポイント＞
�@ 相対質量
�A 原子の相対質量
�B 原子量・分子量・式量

難しい言葉が出てきますが、ひとつずつ順番に学習していきましょう。

　原子の大きさはどのくらい？　　　　　　　　　原子の質量

原子の直径は、約1億分の1ｃｍほどです。
身の回りのもので考えると、原子とピンポン玉の関係は、ピンポン玉と地球の関係と同じくらいの
大きさになります。

では、原子1つ分の質量はどのくらいになるのでしょうか。
水素原子は、1.67×10^-24 ｇ。 炭素原子は、1.99×10^-23 ｇ。
そして酸素原子は、2.66×10^-23 ｇくらいです。

原子の質量はとても軽いので、質量自体を量るのは困難です。
そこで、相対質量を使います。

　　　実験で考えてみましょう　　　　クリップ1つとリングいくつが釣り合う？　　　　　　相対質量

●　相対質量とは

相対質量とは、どのようなものでしょうか。

金属のリング、三角クリップ、丸クリップ それぞれの質量を、リングの質量を基準にして比べます。
まず、三角クリップをてんびんの一方に乗せ、反対側にはリングを乗せて釣り合わせます。
三角クリップ１つは、リング3つと釣り合い、丸クリップ1つは、リング5つと釣り合いました。
リング、三角クリップ、丸いクリップの数の比から、リングの質量を基準にして、2つのクリップの質量を
表すことができます。
このように、質量そのものではなくて、何かを基準として質量を表したとき、その値を相対質量といいます。

原子の質量はとても軽いので、直接量るのではなく、ある原子を基準にした相対質量で表すことが
できます。

　　　　相対質量の考え方　　　　炭素原子1個は水素原子12個と釣り合う　　　　　　表記の方法

原子の質量に、相対質量の考え方を当てはめてみましょう。
炭素原子を基準にして相対質量を考えると、水素原子は1.0、酸素原子は16.0と表すことができます。
これは、基準になる炭素原子1個と、水素原子12個が釣り合うことを意味しています。

炭素原子の12という値は、炭素の質量数 （陽子の数＋中性子の数） を表します。

　　水素と炭素の原子量　　　　　　　　　塩素は小数であらわす？　　　　　　　　　塩素の原子量

同位体とは、同じ元素でも質量数の異なる原子のことをいいます。
天然に存在する元素の多くは、さまざまな種類の同位体が一定の割合で混ざっています。

同位体の存在比は、どのくらいなのでしょうか。
例えば、水素の質量数1のものは99,9885％、質量数2のものは0.0115％です。
つまり、ほとんど質量数1のものであるということになります。
存在比を考慮すると、水素の原子量は1.008になります。

さまざまな物質の原子量を見てみましょう。
厳密には、水素1.0は1.008、炭素12は12.01ですが、化学を学習する上では概数で十分です。

しかし、塩素をみると35.5と小数で表されています。
これは、塩素は質量数35のものが75％、37のものが25％と同位体の割合が無視できないからです。
それぞれの質量数に存在比をかけると、原子量は35.5という値になります。

　マグネシウムの原子量は？　　　　　　　　マグネシウムは酸素と反応して、酸化マグネシウムになる

●　マグネシウムの原子量を求める

マグネシウムの質量数を実験で求めてみましょう。
マグネシウム が燃えると、マグネシウム原子1つに対して、酸素原子が1つ化合して
酸化マグネシウムMgO になります。

酸素の原子量は16ということがわかっています。
酸化マグネシウムの中の、酸素ａ とマグネシウムｂ の質量がわかれば、マグネシウムの原子量？ を
求めることができるはずです。

しかし、そのまま燃やしたのでは、結びついたマグネシウムと酸素の質量はわかりません。
そこで、次のような実験をしました。

　　　　　　　反応する酸素とマグネイウムの質量を調べます　　　　　　　　　0.094gの酸素が使われました

試験管に酸素を封じ込めます。
試験管の中には、0.140 ｇのマグネシウムが入っていて、電流を流すと点火するようになっています。
水槽には酸素の入ったメスシリンダーが立ててあって、試験管はメスシリンダーの酸素とチューブでつながっています。

マグネシウムと酸素の反応がおこると、使われた分の酸素がメスシリンダーから試験管に移って
いきます。
メスシリンダーの、最初に酸素が入ってりる位置には黄色い印が付けてあって、
酸素が少なくなった分だけ水面が上がるので、使われた酸素の量を知ることができます。
これで、反応したマグネシウムと酸素の質量がわかります。

実験の結果、0.140 ｇのマグネシウムを燃やすと、0.094 ｇの酸素が使われたことがわかりました。

　　比の計算で求めてみよう　　　　　　　　　　Mgの原子量は24

実験の結果をまとめまてみましょう。

酸素の質量は0.094g。マグネシウムの質量は0.140gでした。
0.094g：0.140g＝16：？で計算すると、？は24になります。

マグネシウムの原子量は24であることが、計算によって求められました。

　　　　　　　水の分子量　　　　　　　　　　　二酸化炭素の分子量分子　　　　　塩化ナトリウムの式量

●　分子量・式量

分子量は、各原子の原子量の和になります。
H₂Oと書く、水分子で考えたみましょう。
水素Hの原子量が1.0．酸素Oの原子量が16なので、水の分子量は合計の18となります。
二酸化炭素、CO₂の場合も考えてみましょう。
酸素Oの原子量が16、炭素Cの原子量が12なので、二酸化炭素の分子量は合計の44となります。
分子量も原子量と同じように、単位はつけません。

続いて、塩化ナトリウムNaCl を見てみましょう。
塩化ナトリウムは分子をつくりません。ナトリウムイオンNaと塩化物イオンClが1：1でイオン結合している
物質です。
実際にはNa＋、Cl−というイオンからできていますが、電子の質量は無視しても構わないので、
Naの原子量23と、Clの原子量35.5をそのまま足して、58.5となります。
これを、分子量に対して、式量といいます。

　　　　　　質量分析器　　　　　　　　　質量によって曲がり方が違う　　　　　鉱物のできた環境がわかります　　　　　　　　　

●　同位体を調べる ： 質量分析器

鈴木さんは、つくば市の産業技術総合研究所で、質量分析器を使った同位体の研究を見学してきました。

質量分析器は、大きな磁石でできています。
イオンになった原子が磁石の間を通ると、磁石に引かれて曲がります。
このとき、重いイオンは少ししか曲がりませんが、軽いイオンは大きく曲がるという特徴があります。

森下祐一さんは、この質量分析器を使って石英の同位体の研究をしています。
石英（水晶）は、シリコンと酸素が結合した化合物です。
この酸素原子は99％以上が質量数16の酸素で、残りが質量数17と18の同位体です。そして、この同位体の割合が石英のできた場所によって違うのです。

石英の表面を平らにして、薄く金を貼りつけます。
これを質量分析器にかけ、検出される質量数18の酸素の数のわずかな違いを測定します。

この方法は、石英だけでなく、他の鉱物にも応用することができます。
このような研究から、さまざまな鉱物を発見したり、鉱物ができたころの地球のようすを知ることが
できるのです。

　　　　教えてください・・・・　　　　　　　　　　　　ハイ、それは・・・　　　　　　　　　　　次回もお楽しみに！

Q：もう一度、Mg （マグネシウム） の原子量の計算方法を教えてください。

A：マグネシウムと酸素が1：1で反応するとき、酸素0.094ｇ に対して、マグネシウム　　　　　0,.140ｇ であることがわかりました。
　　酸素の原子量は16であることがわかっているので、これを比で計算します。
　　0.094：0.140=16：？となります。
　　これを計算すると、マグネシウムの原子量は24となります。

　　原子量は化学の基本なので、しっかり復習してください。

それでは、次回もお楽しみに〜