【図解】原子・原子核の大きさ 身近なものと比較

【図解】原子・原子核の大きさ 身近なものと比較

 

炭素原子をゴルフボールに拡大することは

ゴルフボールを地球に拡大することと

同じです。

 

炭素原子の大きさ

水素原子やヘリウム原子を

よく話されることが多いですが、

ここでは、有機化学をメインにしますので、

炭素原子を基準に考えてみます。

炭素原子をゴルフボールに拡大することは

ゴルフボールを地球に拡大することと

同じです。

 

ゴルフ場でゴルフボールを探すのに

一苦労するのに、

地球のどこかにゴルフボールを

探すとなりますと、

とんでもないイメージができると思います。

 

それほど原子は小さな小さな世界のお話です。

次に、原子の構成を見てみましょう。

参考までに計算式を示します。

 

炭素原子の直径

1.5 Å= 0.15 nm = 0.15 x 10^-9 m = 0.00000015 mm

 

ゴルフボールの直径

43 mm

 

(倍率)=(ゴルフボールの直径[mm])/(炭素原子の直径[mm])

= 43 / 0.00000015

= 286,666,666.7

→2.9憶倍

 

地球の直径

12,742 km = 12,742,000,000 mm

 

(地球の直径[mm])/(ゴルフボールの直径[mm])

= 12,742,000,000 / 43

= 296,325,581.4

→3.0億倍

 

原子の構造

原子は原子核と電子でできています。

原子核は

プラス(+)電荷を帯びた陽子(ようし)

電荷を持たない中性子でできています。

 

電子はマイナス(-)電荷を帯び、

原子核のまわりに存在しています。

 

原子の中央にプラスの電気のかたまりがあると発見した実験については別の機会に解説します。

 

原子、ゴルフボール、地球の関係を

示しましたが、

今度は、原子の大きさと原子核の大きさを

イメージしましょう。

 

原子核の大きさ

ヘリウム原子の場合

原子核を1円玉に拡大させると、

原子の直径は東京ドームの周囲と同じです。

 

イメージしてみましょう。

1円玉サイズのあなたが、

野球グラウンドの真ん中に立って、

ぐるっと一周、見回してみましょう。

 

観客席より外側までが

原子の大きさのイメージです。

 

もしくは、あなたを中心に

半径100mの球が大きさが原子の大きさです。

 

サッカーコートの場合、

タッチライン(ゴールからゴールまで)が

約100mです。

 

原子も小さいですが、

原子核はもっと小さいイメージですね。

参考までに計算式を示します。

 

ヘリウム (He)原子核の直径

3.8 x 10^-15 m = 0.000000000038 mm
(陽子の直径を1.75 x 10^-15 mとし、陽子が2つあるので2倍とします)

 

ヘリウム原子の半径

0.31 Å = 31 pm = 0.031 nm = 0.031×10^-9 m = 0.31×10^-10 m

 

ヘリウム原子の直径

0.62 x 10^-10 m

 

(ヘリウム原子の直径[m]) / (ヘリウム原子核の直径[m])
= 0.62 x 10^-10 / 3.8 x 10^-15
= 16,315.8

 

東京ドーム(ドームの建物のみ)
直径:約210 m

 

210 / 16,315.8 = 0.013 m = 13 mm
→原子の大きさを東京ドームとすると、原子核は1円玉程度の大きさです

 

比の計算の場合
(He原子の直径[m]):(He原子核の直径[m])=(東京ドームの直径[m]):X[m] (0.62 x 10^-10):(3.8 x 10^-15) = 210:X
X = 0.013 [m]

 

まとめ

炭素原子をゴルフボールまで拡大することは

ゴルフボールを地球まで拡大することと

同じです。

 

原子は原子核(陽子+中性子)と電子でできています。

 

原子核を1円玉に拡大させると、

原子の直径は東京ドームの周囲と同じです。

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