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７ 元素と原子
太字は授業プリントに印刷した部分、（ ）は生徒が書き込む内容 |
われわれの世界は何千万種類もの物質から構成されているのだが、その物質を作っているもとになる物質（元素）はわずか１００種類あまりにすぎない。しかも、約１００種類の元素は均等に存在するわけではないので、下の表から分かるようにわずか１０種類程度の元素で大部分の物質ができているのだ。
元素の存在度
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＊＊コメント＊＊
わずかな元素で、多種多様な物質が作られていることを説明しました。「地球表面で一番多い元素は？」とか「宇宙で一番多いものは？」などの質問に、生徒は興味があるようです。
時間があるときは、次のような話をします。
１．宇宙で一番多い水素は核融合という反応でヘリウムになり、エネルギーを放出している。これが太陽のような恒星が輝いている理由である。大きな恒星では、輝きながら周期表の鉄までの元素ができる。
２．恒星の寿命がつきて最後に爆発するときは、鉄以降の元素ができる。
３．地球には、鉄以降の元素があるから、昔、輝いていた星が寿命を終えて爆発し、その後、物質が再び集まってできたものだ。
４．われわれの体もそういう元素でできているから、われわれは「星の子」だ。
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原子の構造 もどる
問１ ヘリウム原子を例にして、原子の構造を述べなさい。
質量 電荷
（電子）・・・・・・・・・・・・・・（１／１８４０） （−）
原子
（原子核） （陽子）・・・・・ １ （＋）
（中性子）・・・ １ （なし）
問２ 元素は約１００種類あり、それぞれに対応する原子がある。違う元素では、原子の構造のどこが違うか。
（陽子数が違う）
問３ 原子番号、陽子数、電子数の関係を述べよ。
（原子番号 ＝ 陽子数 ＝ 電子数）
陽子数と電子数が等しいので、原子は電気的に（中性）である。
問４ 質量数とは何か。
（質量数 ＝ 陽子数 ＋ 中性子数）
電子の質量は陽子や中性子に比べて小さいので（無視）できる。
問５ 元素記号（原子記号）と原子番号、質量数はどういうふうに表すか。
（省略）
＊＊コメント＊＊
ＣｌのＣや、ＣＯ２のＯは必ず大文字にするように注意しました。
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同位体 もどる
問１ 水素には１Ｈ、２Ｈ（重水素、ジューテリウム）、３Ｈ（三重水素、トリチウム）という３種類の原子がある。それぞれの原子の原子番号、陽子数、電子数、中性子数を答えよ。
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＊＊コメント＊＊
高校１年生にはちょっと難しい問題ですが、陽子数が変わると原子番号が変わり、違う元素になることを説明しました。
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＊＊参考資料＊＊
「帰ってきたキログラム原器」朝日新聞、１９９３，７，５
（内容）
日本のキログラム原器（工業技術院計量研究所・つくば市）が、パリにある国際キログラム原器との比較を終えて帰ってきた。
キログラム原器は白金イリジウム合金製で、扱うときは脱脂した鹿の皮を貼った特性ペンチを使い、職人芸的な手際の良さが求められる。
計量研では二重のガラスでおおい、温度が安定な地価倉庫に秘蔵している。厳重管理のかいがあって、日本の原器は百年間で百万分の７ｇの狂いしかなかった。
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原子の質量はどれくらいか
例
１Ｈ １.６７３５×１０−２７kg
４Ｈｅ ６.６４６５×１０−２７kｇ
１２Ｃ １９.９２６ ×１０−２７kｇ
１４Ｎ ２３.２５３ ×１０−２７kｇ
問１ 上の例のように、原子ひとつの質量はきわめて小さく、扱いにくい。そこで、原子の場合はキログラム原器ではなく、どれかひとつの原子の質量を基準にしている。歴史的には、まず最初に基準になったのは水素原子で、その質量を１として、他の原子がその何倍の質量かを表したものであった。これを、原子の相対質量という。
水素原子１個の質量を１としたとき、Ｈｅ原子やＣ原子の相対質量はいくつになるか。
・Ｈｅ原子
（１.６７３５×１０−２７ ： ６.６４６５×１０−２７ ＝ １ ： ｘ）
（ ｘ ＝ ４ ）
・Ｃ原子
（省略）
現在の原子の質量の基準
現在、原子の質量の基準になっているのは１２Ｃ原子で、その質量は（１２）と定められている。
（この基準でも、Ｈ原子を１としたときとほぼ同じ値になる。）
同位体と原子量
自然に存在する各原子には、たいてい同位体があるので、同位体の相対質量の平均値が、原子量である。
問３ 塩素は３５Ｃｌを７６％、３７Ｃｌを２４％含んでいる。塩素原子の原子量を求めよ。
（省略）
問４ 原子量の基準は１２Ｃ＝１２である。次の問いに答えよ。
（１）アルミニウムの原子量は２７である。アルミニウム原子１個の質量は、１２Ｃの何倍か。（２.２５倍）
（省略）
（２）マグネシウム原子１個の質量は１２Ｃの２.０倍である。マグネシウムの原子量はいくらか。（２４）
（省略）
問５ 次の各問いに答えよ。
（１）銅原子には６３Ｃｕと６５Ｃｕが存在し、天然の銅原子には６３Ｃｕが６０.２％、６５Ｃｕが３９.８％含まれている。銅の原子量はいくらか。（約６３.８）
（省略）
（２）天然の銀は１０７Ａｇと１０９Ａｇからなっており、銀の原子量は１０７.９である。銀原子１０００個中には１０７Ａｇが何個存在しているか。（５５０個）
（省略）
原子力発電と放射性同位体
＊＊コメント＊＊
ラジウムを例に、半減期の意味を説明しました。
次に、原子力発電所の中では、いろいろな放射性同位体ができてしまうことを説明。特にプルトニウムは猛毒で、半減期が２４０００年であることを知らせました。
そして、原発が解体されると、高レベル放射性廃棄物がゴミとして出てきて、それは３００年間埋めておく計画が有力であることを説明。（資料：「原発停止 巨大なゴミに ３００年先の世代に責任がとれるか」朝日新聞、１９９８，５，１）
また、アメリカでは核兵器関連の核のゴミが、ニューメキシコ州の埋設場に運び込まれていることや、ネバダ実験場に隣接するユッカ山の地下には、原発や核兵器からの高レベル放射性廃棄物を地下処分する施設の計画があることを知らせました。
（資料：「核兵器のゴミ、抗議の中埋設場へ」朝日新聞、１９９９年４，３ および 「地下処分場にゴーサイン 米の高レベル放射性廃棄物 環境団体は計画反対」千葉日報、１９９８，１２，２０）
原子力発電の最大の問題は、放射能でしょう。それが事故によってもれるおそれ、そして廃棄物からもれるおそれがあります。放射能は、減っていくのを時間をかけて待つしかないこと、つまり次の世代への負の遺産になることを知らせました。
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