同位体（一覧・例・性質・存在比を使った計算など）

はじめに

【プロ講師解説】このページでは『同位体（一覧・例・性質・存在比を使った計算など）』について解説しています。

同位体とは

• 原子番号が同じで、質量数の異なる原子同士を同位体という。
• 例として水素を紹介する。水素は、天然に3つの同位体が存在する。

• これら3つは、同じ”水素”の仲間ではあるが、質量数が異なっている。原子番号（＝陽子の数）が一緒であるにも関わらず質量数が違うということはつまり「中性子の数が異なっている」ということである。

参考：【原子の構造】陽子・中性子・電子・原子核・質量数・原子番号の数と関係

• 同位体により存在比が異なることにも注意が必要である。普通の水素が1番多く99.9%、次が重水素で0.1%、三重水素はほとんど存在しない。
• 同位体は、陽子や電子の数が等しいため、化学的性質（反応性など）にあまり違いがない。（ちなみに、同素体は化学的性質に違いがある）

同位体の存在比

• 代表的な同位体の存在比を次に示す。

水素

炭素

窒素

酸素

塩素

銅

放射性同位体

• 同位体の中には原子核が“不安定”で放射線を出しながら崩壊（壊変）していくものがあり、このような同位体を放射性同位体という。
• 放射性同位体は遺物の年代測定・医療などに利用される。

同位体の存在比を使って物質量比を求める問題

• 同位体の中には原子核が“不安定”で放射線を出しながら崩壊（壊変）していくものがあり、このような同位体を放射性同位体という。
• 放射性同位体は遺物の年代測定・医療などに利用される。

• この問題は、3STEPで解くことができる。

同位体の存在比を使って原子量を求める問題

• 同位体の存在比を使って原子量を求める問題の解き方を解説する。

• 同位体の相対質量に、それぞれの存在比をかけて足す。

\[\underbrace{12.0 × \frac{ 98.9 }{ 100 } }
_{ ^{ 12 }\text{ C }} +
\underbrace{13.0 × \frac{ 1.1 }{ 100 } }
_{ ^{ 13 }\text{ C }} = 12.011 \]

• 約12になった。これが炭素の原子量である。ちなみに、このような原子量計算をするときの有名な工夫がある。

\[ \begin{align}
&12.0 × \frac{ 98.9 }{ 100 } + 13.0 × \frac{ 1.1 }{ 100 } \\
&= 12.0 × \frac{ 98.9 }{ 100 } + (12.0+1.00) × \frac{ 1.1 }{ 100 } \\
&= 12.0 × \frac{ 98.9 }{ 100 } + 12.0 × \frac{ 1.1 }{ 100 } + 1.00 × \frac{ 1.1 }{ 100 }\\
&= 12.0 × (\frac{ 98.9 }{ 100 } + \frac{ 1.1 }{ 100 }) + 1.00 × \frac{ 1.1 }{ 100 }\\
&= 12.0 × 1 + 1.00 × \frac{ 1.1 }{ 100 }\\
&= 12.0 + 0.011\\
&= 12.011
\end{align} \]

同位体の原子量を使って存在比率を求める問題

• 同位体の原子量を使って存在比率を求める問題の解き方を解説する。

• こちらも同じように、「同位体の相対質量にそれぞれの存在比をかけて足すと、原子量を求めることができる」ということを利用して解く。

\[\underbrace{35.0 × \frac{ x }{ 100 } }
_{ ^{ 35 }\text{ Cl }} +
\underbrace{37.0 × \frac{ 100-x }{ 100 } }
_{ ^{ 37 }\text{ Cl }} = 35.5 \]

• 片方の存在比（％）をxとおけば、全部で100（％）だからもう片方は100ーx（％）と考えられる。この式をxについて解くと、x=0.75となるため、

\[\begin{align}&
^{35}\mathrm{Cl} = 75(\mathrm{\%}) \\
&^{37}\mathrm{Cl}= 25(\mathrm{\%})
\end{align} \]