原子は、原子番号 Z (atomic number)によって特徴づけられる。
原子を学校の生徒個人だとすると、原子番号はその学籍番号である。
原子番号は、原子核を構成するプロトンの数に等しい。
プロトン…化学では一般的に水素イオンのことを指すが、ここでは陽子を意味している。
プロトンの数は不変であるのに対し、中性子の数はある範囲で可変である。
プロトンと中性子の総和は、質量数（核子数(nucleon number)）A と呼ばれる。
プロトンと中性子は、一括して核子(nucleon)という。
原子番号が等しく、核子数が異なる原子は、その元素の同位体(isotope)である。
原子核モデル
原子核モデル(nuclear model)によると、原子番号 Z の原子は電荷+Zeの原子核を、-eの電荷をもつ電子 Z 個に囲まれている。
電子は、原子軌道(atomic orbital)（オービタル）を占める。
原子軌道とは、電子を最も見いだしやすい空間の領域である。
一つの軌道に入る電子は一つか二つであり、三つ以上の電子が同時に占めることはない。
原子軌道は原子核のまわりに殻 (shell) を形成し、それぞれの殻は主量子数 (principal quantum number) \(n = 1, 2, …\) で表される。
そして、一つの殻は \(n\) 副殻 (subshell) にグループ分けされた \(n^2\) 個の軌道からなる。
副殻を形成する軌道は、s, p, d, f で表される。
天然に存在する水素以外のすべての原子において、ある殻の副殻は互いにわずかに異なるエネルギーをもつ。
周期表
ロシア出身の化学者メンデレーエフは、「原子量」と「原子価」に注目し、当時発見されていた63の原子を並べた。
それが今の周期表 (periodic table) の原型である。
周期表の特徴
このように原子を並べていくと、周期的に原子の性質に関する類似性が現れる。
これは、原子の電子配置 (electronic configuration) によるものである。
占有された軌道の様式が規則的な類似性をもつため、類似した性質が現れるのである。
族と周期
周期表の縦の列を族 (group) といい、1から18の番号がついている。
周期表の横の行を周期 (period) といい、原子価殻 (valence shell) の主量子数と等しい番号がついている。
族の分類
一部の族には通称がある。
- 1族 … アルカリ金属 alkali metal
- 2族（カルシウム・ストロンチウム・バリウム）… アルカリ土類金属 alkali earth metal
- 17族 … ハロゲン halogen
- 18族 … 貴ガス noble gas（希ガス）
また、一般的に、周期表の左側には金属 (metal) 、右側には非金属 (non-metal) となっている。これらは、ホウ素からポロニウムを結ぶ対角線で分けられ、対角線上の元素は半金属 (metalloid) である。
半金属とは、金属と非金属の中間的な性質をもつ元素及び物質のことである。
イオン
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