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原子の大きさ〜クーロン力や周期表(族・周期)との関係まとめ〜

約 4 分

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クーロン力とは


まずは、原子の大きさを考える上で重要となってくる「クーロン力」という力について話していこうと思う。

クーロン力とは、プラスとマイナスの間に生じる静電気的な引力(=静電引力)のことだ。

この力は、2つの重要な特徴をもっている。

①プラスとマイナスの距離が近いほど強い

1個目は比較的分かりやすいね。
異符号同士がより近くにいるほど強力な力で引きつけ合う。

②プラスの強さとマイナスの強さの差が大きいほど強い

こちらは例を出すと分かりやすいと思う。
例えば、プラスの強さが「+2」、マイナスの強さが「ー2」だとしよう。
そしたらその差は「4」だ。
もう1つ。
プラスは変わらず「+2」で、マイナスを「−3」にする。
するとその差は「5」だ。
クーロン力は+とーの差が大きいほど強くなるので、この場合だと後者の方が強いクーロン力が働いていると言える。

これら2つの性質は、原子の大きさと深い関わりをもっている。
説明していこう。

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原子の大きさとクーロン力

クーロン力が大きいと原子半径は小さい、クーロン力が小さいと原子半径は大きい

簡潔にまとめるとこれが原子の大きさとクーロン力の関係だ。

クーロン力が大きい、つまり陽子(+)と電子(ー)がよく引き合っていると、お互いの距離が縮まるので原子半径は、小さくなる。
反対に、クーロン力が小さいと陽子と電子の距離が離れているので、原子半径は大きくなる。

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原子半径と周期表

「原子半径が周期表上でどのような傾向を示すのか」ということについて考えていこう。

簡単に表すと上の図のようになる。
つまり、次のような特徴があるわけだ。

①同じ周期(横の列)ならば、右に行くほど小さくなる
②同じ族(縦の列)ならば、下に行くほど大きくなる

①の理由は、「プラスの強さが増加する」ためだ。
これは単純に陽子の数が増えるからってことね。陽子の数が増えると、より電子を内側に引きつけるので、原子半径は小さくなる。
(当然電子の数も増えてるけど陽子が増えることに比べるとその影響は低い)

②の理由は、「電子殻が増えるから」だね。使ってる電子核が増えれば当然原子の大きさはデカくなる。

注意
ここでこういった疑問を感じる人がいると思う。
「確かに下に行くほど電子殻が増えて原子が大きくなっていってるんだけど、下に行くほど陽子の数も増えてくからより電子が内側に引きつけられて小さくもなるんじゃないの?」

これは、原子の大きさを変える要因としての優先順位が、「電子殻が増えること」のほうが、「陽子が増えること」に比べて高いと考えてくれればいい。

つまり、陽子が増えるのは電子殻が増えるのに比べたらたいしたことじゃないってことだ。

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