A12　原子核の構造と核子・質量数の違いをやさしく解説【原子番号・同位体も整理】

たなまる — Wed, 02 Jul 2025 02:54:32 +0000

「陽子と中性子って何が違うの？」
「核子って言葉、急に出てくるけど覚えにくい…」
「質量数と原子番号、どっちがどっちだっけ？」
――そんなふうに、原子核まわりの用語がゴチャゴチャして困っていませんか？
我々講師は簡単な分野と思いがちですが、意外と把握できていない学生も少なくありません。

この記事では、陽子・中性子・核子の関係がはっきりわかり、
さらに「質量数ってなに？」「同位体ってどんなもの？」といった疑問もスッキリ整理していきます！
自分の言葉で説明できるようになるのが目指すところです。

国家試験でも頻出のこのテーマを、よく混同しがちな用語を1つずつ丁寧に整理して解説していきます。

それではみていきましょう。

原子核ってどんな構造？

ご存知だと思いますが、基本的なところから確認していきましょう。

陽子と中性子をまとめて「核子」といいます。

原子核の中には、陽子（＋の電荷を持つ）と中性子（電荷なし）がぎゅっと詰まっています。
この2つをひとまとめにして、「核子（かくし）」と呼びます。

ポイント：
「核子」はあくまで総称であり、陽子や中性子の“種類”を問わずに使える便利な言葉です。

そして、陽子と中性子の数を合計したものを「核子数」と呼びますが、
これは実質的に「質量数」と同じ意味になります。

核子数＝質量数＝陽子数＋中性子数

国家試験では、「核子数を求めよ」「質量数を答えよ」といった問題がどちらの表現でも出るため、両者を同じものとして理解しておくことが大切です。

中性子の方がちょっとだけ重い

陽子と中性子は非常に似た質量を持っていますが、実は中性子の方がわずかに重いです。

粒子	電荷	相対質量（電子＝1）	質量（原子質量単位：Da）
陽子	＋1	約1836倍	約1.0073 Da
中性子	0	約1839倍	約1.0087 Da
軌道電子	−1	1（基準）	約0.00055 Da

豆知識：
この「わずかな差」は、ベータ崩壊で中性子が陽子に変わるときのエネルギー差にも関係してきます。
国試では「中性子の方がわずかに重い」という表現そのものが選択肢で出ることも！

補足：
「Da（ダルトン）」は、近年「u（原子質量単位）」の代わりに使われることが増えてきた表記です。
試験ではどちらの表記も見かける可能性がありますが、意味は同じです。

電爺

電子の何倍の質量なのかって覚えておくと、意外と使えるんじゃよ。

中性原子では、陽子数＝電子数になる！

「中性原子」とは、電気的にプラスマイナスがつり合った原子のこと。
つまり、陽子の数と電子（軌道電子）の数が等しいという状態です。

この陽子の数は「原子番号」と呼ばれ、元素の“種類”を決める超重要な数です。

例：酸素（O）の場合
原子番号：8 → 陽子が8個 → 電子も8個

陽子数＋中性子数＝質量数！

陽子数と中性子数を足した合計を「質量数」といいます。
これは「原子全体の重さの中心部分＝原子核の重さ」をおおざっぱに表す数値になります。

原子番号（Z）：陽子の数
質量数（A）：陽子数＋中性子数（＝核子数）

国家試験ではこの2つを混同させるひっかけ問題も多いので、注意して整理しておきましょう！

原子核のバリエーションを知ろう

同位体とは？【isotope】

同じ元素（原子番号が等しい）でも、中性子の数が異なる原子核のことを「同位体（アイソトープ）」と呼びます。中性子の数が異なるので、質量数も異なります。
ポイントは、「陽子数＝原子番号は同じ」であるという点です。

図を例にとってみてみましょう。

¹²C（陽子6個＋中性子6個）
¹³C（陽子6個＋中性子7個）
→ どちらも炭素（C）という同じ元素ですが、中性子数が違う＝同位体！となります。

国家試験では「放射性同位体」と「安定同位体」の違いが問われることもあります。

安定同位体：放射線を出さず安定して存在する。
放射性同位体（RI）：壊変（崩壊）して放射線を出す。

元素記号が同じだから分かりやすいですね。

たまのすけ

同中性子体とは？【isotone】

「同中性子体（isotone／アイントーン）」とは、
中性子数が同じで、陽子数と質量数が異なる原子核のことをいいます。

図の3つの原子核を見てみましょう：

¹⁴₆C → 中性子数 = 14 − 6 = 8
¹⁵₇N → 中性子数 = 15 − 7 = 8
¹⁶₈O → 中性子数 = 16 − 8 = 8

ポイント：
パッと見た感じでは「バラバラな元素」に見えますが、
中性子数はすべて8個で統一されている＝同中性子体となります。

同中性子体は、この一手間がイヤやねん。

牛助

たなまる

確かに、パッと見では分からないからね。
でも、そういうときこそ、同中性子体の可能性があるね。

同重体とは？【isobar】

同重体（isobar）とは、
質量数（陽子数＋中性子数）が同じで、中性子数・陽子数が異なる原子核を指します。

図の3つの原子核を見ていきましょう。

それぞれ元素は異なり、陽子数・中性子数の組み合わせもバラバラです。
しかし共通して、質量数が「56」で統一されています！

ポイント：
「同じ重さ（＝核子数）でも、中身の構成は違う」
それが同重体の特徴です。
この“中身の違い”が、放射線の性質や壊変モードに大きく影響することもあります。

用語の由来：「iso（同じ）」＋「baros（重さ）」＝同じ重さ！

こりゃ、オレでもすぐに分かるで！

牛助

鏡像体（鏡像核）は同重体の“特別バージョン”

質量数は同じまま、陽子数と中性子数が入れ替わったような関係を「鏡像体（mirror nuclei）」と呼びます。

たとえばこちらの図を見てみましょう。
⁷₁₅Nと⁸₁₅Oは、どちらも質量数が15で共通しています。
ただし、陽子数と中性子数がそれぞれ 「7と8」↔「8と7」 で真逆になっているのが特徴です。

このように、陽子数と中性子数が“ちょうど逆”になっている同重体のことを、特別に鏡像体（きょうぞうたい）と呼びます。

※鏡像体は同重体の一種です。同重体の特別バージョンという感じです。

たなまる

技師の国試には出題されたことはありませんが、主任者試験では見かけます。

核異性体は「中身は同じでも、エネルギー状態が違う核」

陽子数も中性子数も同じ（質量数も同じ）なのに、エネルギー準位が異なる核種を核異性体（isomer）と呼びます。
つまり、「まったく同じ核種に見えるけど、中のエネルギー状態だけが違う」という関係です。

たとえば図にある ⁹⁹ᵐTc と ⁹⁹Tc。
両方とも質量数99のテクネチウムですが、左の “m” 付きの方は「準安定状態」を示しており、高いエネルギー状態にあります。

🔍 ポイント

「m」は“metastable（準安定）”の略。
エネルギー状態が高いぶん、崩壊して安定な状態へ移行しようとします。
医療分野では、^99mTcは核医学検査において非常に重要な放射性核種です。

実際の過去問も見てみよう。

ご紹介するのは、第67回の国家試験「放射化学」分野で出題された1問。しかも午前1問目！

つまり、最初の問題を取れるかどうかの重要な1問です。
ここでつまずかないためにも、しっかり理解しておきましょう。

放物の問題ではないですが、原子核の構造という内容ですから、取り上げてみました。

第67回　2015年　AM1
核種群について正しいのはどれか。

同位体は中性子数が同一である。
同中性子体は陽子数が同一で中性子数が異なる。
放射性同位体は異なる元素の核種で質量数が同一である。
同重体は陽子数が同一で中性子数が異なり不安定で壊変する。
核異性体は原子番号と質量数が同一で、核のエネルギー準位が異なる。

答えは分かりましたか？

答を確認する。

鏡像体 | 勉強嫌いの放物

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