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周期律表から考える原発事故 その2
2013/03/26 17:44 | 周期律表
皆様こんにちは。
すこーしご無沙汰してしまいました。
チダイズムさんが、一日だけ、更新してくださって、とても嬉しかったです!

私のほうは、相変わらず、ソフトの使い方でもたもたしたり、かたつむりですが、何とか元気でやっております。

前回、「周期律表から考える原発事故 その1」でお伝えした通り、大変お恥ずかしいのですが、私なりに考えることをちょっとずつ書いていこうと思っております。
原発事故が起きて、ニュースなどで、元素記号が頻繁に現われるようになり、そのたんびに、こんな図形が頭に浮かんでしまう、ということをお話ししました。


taranome_fig1

この変な絵(Fig.1)は、周期律表(トムセン・ボーア型)の大雑把な形をパソコンに慣れない私が一生懸命書いたものです。
この図をもうちょっとはっきり書いたのが、下のFig.2です。
ちょっとましになった気がしません?
何しろ、ネット上では、素晴らしい画像がたくさんあるからそれを使わせてもらったり、手持ちの本を画像データにすればたちまち完璧な図表が手に入るのですが、著作権に違反してご迷惑をかけてはいけませんから、このようなたどたどしい絵を描いているわけです。

taranome_fig2

さらに、私、番号を振ってみました。
原子番号です!!!
この原子番号だけでも、結構不思議だなあ、と思いませんかー?
だって、103個の元素が、順に並んでいるのではなくて、ピンクの矢印で書いたように、途中で「離れ」に飛んでいるのですもの。
(103より大きな元素は、今は省略させていただいております)

そして、チダイズムさんやほかの測定室の方が測ってくださっており、よくお話に出てくるセシウムですが、どこにいるかといいますと、「55」に居ますよー。
そして、「その1」で書かせていただいた、なぜかよく一緒に書かれてしまうカリウムは、「19」です。
この二つの元素は、周期律表の位置的には、2段ずれているのです。
原子番号は「19」と「55」ですから、ずいぶん違うなー、と、この図を一生懸命書きながら、私は再確認いたしました。
「原子番号」って、普段あまり使う言葉じゃないですけどね、でもとっても大切と思います。
私にとって「原子番号」は元素の識別番号のようなものです。
この数字はそのまま、原子核の正電荷の数であり、同時に原子の持っている電子の数とされています。

内部被ばくを考えるときには、放射性物質が体のどこにあるのか、というのがとても重要だ、というのは、すでにいろいろな方がおっしゃっていますよね。(これについてもまた時間があるときに書かせていただきたいです)
私も本当にその通り、と思っています。
体のどこにあるのか、というのは、その放射性物質の化学的性質が影響して決まることになります。(それだけじゃないでしょうけど)
物質の、とりあえずの一番小さな単位である原子の化学的性質は、原子の電子配置によって決まる、という考えもあります。
一方、原子の電子配置を大雑把に表している「周期律表」というのは、まさに、それ(電子配置)のことがよーくわかるように書いてくれている、と私は思っています。

「あらやーだわ、なんか電子配置なんて、聞きなれない言葉で!!!」なんて言っているそこのあなた!!!
そう言わずにおつきあいくださいませ~~けっこうおもしろいのよ~!!!

ちょっと比喩的なお話をさせていただこうと思います。
こんな数字の並びがあったら、何を思い浮かべますか?

1、3、5、7

私だったら、なんだか縁起のいい数字たちだなあ、と、なんとなく思います。
1は、一等賞!だし、七五三 だし。そうですよね、これらは奇数ですよね。

そして、唐突ではありますが、ある架空のマンションの話をしようと思います。
そのマンションは、ワンルームマンションで、マンションの部屋には、いくつかのタイプがあるのです。

sタイプ ソファーが1個置ける
pタイプ ソファーが3個置ける
dタイプ ソファーが5個置ける
fタイプ ソファーが7個置ける

こんな風に、それぞれの部屋におけるソファーの数が、1、3、5、7個と、決まっているとします。
ソファー以外は置けないんです(架空のマンションですから)。
そのソファーは、二人掛けのソファーなんですよ。

こんなマンションを想像してみてください(Fig3)。

taranome_fig3

sタイプの部屋はピンクで。
pタイプの部屋は緑で。
dタイプの部屋は青で。
fタイプの部屋は黄緑色で書きました。(←黄緑色で書きました。。。読みにくいですよね、ごめんなさいね)

一階には、sタイプの部屋があるだけです。
二階には、sタイプの部屋とpタイプの部屋。
三階には、sタイプ、pタイプ、dタイプの部屋。
という風に、上の階に行くにしたがって、部屋の数が増えていきます。
今のところ、7階までしか書いていないけど、もっと上の階もあるのですが、省略しています。

このマンションの、部屋の中にあるソファーに、人が座ってゆくことを想像してみてくださいね。
一人目が来て、二人目が来て、三人目が来て。。。そのように、一人ずつ人が増えて、二人掛けのソファーにどんどん座ってゆくとします。

この時に、どのソファーから順に座っていくか、ということに、ある規則があるとします。

下の図(Fig.4)をご覧ください。

taranome_fig4

斜めに矢印がひかれていますね。
一番左下にある矢印に注目してみてください。
一階のsタイプの部屋を射抜いています。
その上の矢印は、2階のsタイプの部屋を射抜いています。
さらにその上の矢印は2階のpタイプの部屋、3階のsタイプの部屋を射抜いていますね。

こんな風に、下から上に、順に矢印にぶつかった部屋のソファーに、順々に、人が座っていくところを想像してみてくださいね。

人が座っていく部屋を、順に書き出してみると、こんな風になります。(Fig.5)

taranome_fig5

一階のsタイプ → 2階のsタイプ → 2階のpタイプ というのを、
1s → 2s → 2p という風に、書いています。

実は、この順番は、周期律表の中の元素の、電子配置ととても関係が深いのです。
例えば、先ほどセシウムは原子番号が55で、セシウム原子は55個の電子を持っているという話をしましたが、その55個の電子が、どんな電子配置をしているか、ということを考えるときに、こういう図がとても参考になります。
(実際の電子配置では、原子番号が大きな元素では例外があるため、この規則がぴったり当てはまらない部分もあります。細かいところはここでは触れないでおきます)
(7sからの矢印は書いていませんが、この先は、6dと5fにまたがって入っていくので、今は省略します。)

とてもとても、比喩が行き過ぎているのですがね、先程のマンションに、55人の人が座ってゆくとしたら、どこの部屋のソファーに座るか、ということを考えることが、セシウムの電子配置を考えるのに、参考になると思います。

マンションから、ちょっと周期律表に戻ろうと思います。
sタイプのお部屋には二人掛けのソファーが一つでした。なので、2つ席があります。
周期律表の中で、どの部分が、sタイプの部屋に人が入っていくところに相当しているかというと、下のFig.6のところになります。(図の中の コ という単位は、ここでは席の個数の単位と思ってください)

taranome_fig6

矢印の幅が、二つ分です。
ここは、sタイプの部屋に二人の人が入ってゆくところです。
1sだけ、両側に分割されていますが、これは、一階には部屋が一つしかないので、二人目が入った時点で、一階は満杯になる、ということを表したいがためと思います。(また後で詳しく書きたいです)
(6sの下には、書いてありませんが、7sがあります。)

pタイプの部屋がうまっていくところは、周期律表ではどこに相当しているかというと、下のFig.7をご覧ください。
taranome_fig7

pタイプの部屋は、二人掛けのソファーが3つでしたね、だから6人、入れますね。矢印の幅は、6になっています。

では、dタイプの部屋に人がうまっていくところは、周期律表ではどこかといえば、Fig.8をご覧ください。

taranome_fig8

dタイプの部屋は二人掛けソファーが5個あるのでしたね、だから、10人、入れるのでした。矢印の幅は、10になっています。

fタイプの部屋がうまっていくところは、Fig.9をご覧ください。
taranome_fig9

なんと、「離れ」でした!
fタイプの部屋には二人掛けソファーが7個あるのでしたね、なので、14人、入ることができます。
矢印の幅は、14になっています。

・・・実は、電子配置は、この様な考え方で説明できない部分もあり、このfタイプの部屋へ入っていく入り方には、例外があるのです。
実際には、少し順番が入れ替わる場合もあります。
けれど、大雑把につかむには、この考え方もいいのではないか、と私は思っています。

いろいろとたくさん書いてしまいましたが、最後に、このような言葉の置き換えを想像してみてください。
例えば、セシウム原子には、55個の電子がありますが、これらの「電子配置」というものを考えるときに、まるで先ほど、

1sの部屋に2人、
2sの部屋に2人、2pの部屋に6人、
3sの部屋に2人、3pの部屋に6人、
4sの部屋に2人、3dの部屋に10人、4pの部屋に6人、
5sの部屋に2人、4dの部屋に10人、5pの部屋に6人、
6sの部屋に1人

これで、55人ですね、55人がこんな風にそれぞれの部屋に順番に入っていったと考えたように、

1s軌道に2個、
2s軌道に2個、2p軌道に6個、
3s軌道に2個、3p軌道に6個、
4s軌道に2個、3d軌道に10個、4p軌道に6個、
5s軌道に2個、4d軌道に10個、5p軌道に6個、
6s軌道に1個

こんな風に55個の電子が配置されているという風に考えてしまってよいのかなあ、よいだろうなあ、まあ、などと思う私です。
突然、「軌道」っていう言葉が出てきちゃったけど、「軌道」とは、電子が、ポコッと入る「席」みたいなイメージを今は(今は、ですー)持ってくださってもよいのではないかと、私は勝手に思っています。
現実はもっととても大変なものなのですが、こんな風に単純化して比喩的にとらえるのもありかなあと、まあお許しくださいませ。
セシウム原子の電子配置は、このような感じととらえていただき、更に、次のお話に進みたく思います。

最後の6s軌道に一人ぼっちでいる電子。。。気になりますよね。

尚、このブログは私独自の解釈でかなり比喩的に書いておりますので、きちんと専門的にお知りになりたい方は、よい御本がたくさん出ておりますので、ぜひお読みください。
そのうち、私の好きな御本も紹介したいです。

全然いつまでたっても大した話に進めず、単に雑談が進むだけですね。
それでこんなに長くなってしまいましたが、あまり長いのも読みにくくなりそうなので、この記事はいったんここでおしまいにし、また別の記事として続けます。
お読みいただいた方、ありがとうございました。


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