原子と電子①(東京理科大:川村康文先生)

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作成者: EDUPEDIA編集部さん

1 授業内容

川村研究室で毎週行われている小中高校生向けの実験教室「理科大好き実験教室」から、今回「原子と電子」についての実験を取り上げました。

授業動画




原子核のモデル

【問題】原子とはなにか?

  • 原子モデルを使って考える

プラスの原子核(正の電荷を帯びている)のまわりをマイナス(負の電荷をも帯びている)の電子が回っています。

(補足)正の数と負の数の和を数直線上で考える。

プラスとマイナスを加えるとゼロ。すなわち、原子核は(電気的に)中性なのです。

一般に物質というのは原子からできています。電子の通るイス(電子軌道)が原子核のまわりにあって、外側に向かって順番にK殻、L殻、M殻、…という名前がついています。

イスの間にエレベーターがあると考えます。エレベーターは1人しか乗れません。エレベーターはいろいろなところに瞬間的にできます。

なんでK殻から始まる?

K殻と名前を付けた人(バークラ)は、K殻よりも内側に軌道が存在するかもしれないことから、「A」から始めずに、アルファベット11番目の「K」から始めたのです。

分光筒を使ったナトリウム原子のスペクトル観察

【実験】分光筒を通して蛍光灯とナトリウムランプを見たとき、見え方の違いは?

  • 蛍光灯を見たとき

→赤・緑・青などいくつかの色をした光が見えた。

  • ナトリウムランプを見たとき

→黄色の光だけ見えた。

周期表

【問題】周期表を書いてみよう。

※電子1個、2個、・・・というのは最外殻電子の数。

  • アルカリ金属 (Li、Na、K、Rb、Cs、Fr)
  • アルカリ土類金属(Ca、Sr、Ba、Ra)
  • ハロゲン(F、Cl、Br、I)
  • 希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)

炎色反応

先の図のようなエレベーターにいた電子を火であぶることによって、電子が上ってしまいました。そして電子が落ちるときに、決まった色の光が出ます。どの色が出やすいかは、電子によって、エレベーターの「幅」が決まってるので、ナトリウムなら黄色、カリウムなら紫というように決まった色の光が出ます。

【覚え方】炎色反応

Li(赤) Na(黄) K(紫) Cu(緑)  Sr(紅)    Ba(緑)
リアカー 無 き   K 村  動力借ると するもくれない 馬 力

【実験】ガスバーナーの炎に食塩水を吹きかける。次に、後ろからナトリウムランプを当てると炎の色がどうなるか観察する。

ナトリウムの炎色反応がおこっていて、光を発しています。ただ、後ろでナトリウムランプが光ってると、強い光があるから炎色反応を起こしたナトリウムが光を吸収してしまって、色が無くなってしまいます。だから上の方が黒く見えるのです。

2 講師プロフィール

川村 康文先生
東京理科大学理学部第一部物理学科教授,東京理科大学大学院科学教育研究科教授、1959年,京都市生まれ。博士(エネルギー科学,京都大学)。
“ぷち発明”の第1人者。専門は物理教育・サイエンス・コミュニケーション。
歌う大学教授(環境保護ソング,世界平和を祈る歌など、ホームページで無料配信中。サイエンス・レンジャー(理科実験名人)。

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