原子と分子の妙

自然を見つめて、その心・生命を感じ取りたい。しかし、余りにも多様な現象に彩られていて理解も難しいと脱帽する。古代から物質の本質は何かと、人はその頭脳で問い続けて来た。『原子』という極微の世界が物質の基と理解した。しかしそれでも悟れない。様々な原子が繋がると「分子」になる。自然世界の生命とは何か?がとても大きな不思議を突きつける。何故か?人間が生きる活動を原子が造るかの、その単純性に驚かざるを得ない。生命の驚異はDNAがたった4個の塩基A、C、GおよびTが基礎になって作られている点にある。そのDNAと生命との関連性を感覚的に理解する事を含め、感覚的会得を遥かに超えた不可思議に世界が彩られている。また、原子と言う極微世界は、様々な粒子の複雑な結合による未だ未知の不思議を秘めていると解釈したい。周期律表で示される程明快に捉えられているとは考えにくい。全ての本質は『光エネルギー』ただ一つに集約されよう。世界の全てが、生命の全てが光から出来ているとも言えると解釈する。

原子の周期律表 (2012/07/13) 追記。下に提示した「原子と対極性(絵図)」を考えている内に、感覚的に捉えきれない疑問に突き当たった。それは「化学」の科目で初めに学習する周期律表である。今まで気付かずに過ごしてきた疑問がある。

それは、原子の中心核が陽子と中性子の組み合わせで構成されているという単純性である。例えば、不活性ガスのネオンNeと次のナトリュウムNaの2つの元素を比べた時、その原子核の結合の違いが余りにも異なる元素の性質を示す事に驚く。Neより中性子が2個、陽子が1個増えたのがNaである。Naは極めて危険な金属である。水と接触すれば、激しい反応で熱と水素放出を起こす。Neは通常では、何も化学反応を起こさないと思う。その違いは何が生み出すのかとても不思議に思う。こんな基本的な事、元素の特性の差も感覚的に感じ取れない訳だから、分子結合の特性などさらに複雑な意味を含んでいて納得出来ないのもやむを得なかろう。この周期律表をまとめた先人の偉業に改めて感心と尊敬の念を抱く。原子の特性を表から考えるだけで、無限の未知に入り込めるようだ。

金属と気体の配列順序 原子の特徴を考えながら、周期律表を眺めて見る。その原子配列を見ると、そこに大事な疑問点が見える。通常で、気体の原子を拾ってみれば、水素、ヘリュウム、窒素、フッ素、ネオンそこから飛んで、塩素およびアルゴンと順番に並んでいる。原子の特徴を構成する基は、やはり原子の核であろう。即ち原子の性質は陽子と中性子の結合核が示すものと考えたい。塩素 Cl が金属元素 Na . Al . Si より核の原子量即ち質量が大きいにも拘らず、気体の特性を示す事をどのように解釈したら良いだろう。気体と金属の違いはその密度に違いがある為と考える。ナトリュウムが金属であると言う事はナトリュウム原子同士が金属としての特性である高密度の結合をするからであろう。ナトリュウムは空気に触れると反応するので、石油等に貯蔵するらしい。塩 NaCl の分子については、それが地球の誕生とも関係して、生命の環境の基『海』に産する事から考えても、その Na および Cl に特別な深い意味を感じる。塩水の電気分解を考えるに、原子の周期律の意味を考えておきたいと思って、疑問点を挙げた。ここでも答えらしきものが示せず、ただ疑問提示のみである。(2012/07/15)記。

標題について。『妙』という漢字の意味のとても深い事を知った。漢和辞典によれば、「物事が到達する善美完全の極域、神髄、精微、極致。などとある。「神妙」は人知を超越した、霊妙不可思議な働きや現象。等という解説もある。漢字「妙」の意味が自然世界の不可思議を表現するに合っているように思う。今回こんな表題で書き始めた訳は幼稚で単純な疑問が浮かんだからである。生命に欠かせないと言う塩分の塩化ナトリュウムNaClと塩酸のHCl の分子の特性が余りにも異なる。その訳は何が原因かと思ったからである。こんな単純な疑問は、素人に特有な幼稚な発想であろう。科学論には成らないものであるかも知れない。ともに塩素原子Clがある。あとは水素 H とナトリュウム Na が結合しているだけで、想像できない異なる特性を示す。化学の授業で、先生はその訳など簡単に解説できるのかも知れない。我ながら専門家で無い者は勝手な事を書き記して、社会的混乱を引き起す様な事があれば邪魔者になり、実に恐れ多い事で恐縮します。この疑問が、後日良い『問答』になれば嬉しい。不得意な化学と言う教科は現在も変わらない不可解さに戸惑っている。電荷概念を棄却したらどんな分子論になるかを考えて見たくなる。上の絵図の題で原子と対極性とした。『対極性』とは、プラス、マイナスでのイオン原子結合論に対して、電荷概念を棄却する論点からの2つの対極的特性と言う捉え方で解釈しようとする事の意味を表現した。水素イオン表記はH^+^であるが、+に対して、H^○^のように○で表記する。水酸基OH^-^はOH^●^で表記する。+、-の慣れ親しんだ表記と変わりないようであるが、少なくとも電荷のプラス、マイナスの実在的空間像を示せない曖昧さを排除するには十分意味の有る試みと思う。上の絵図を基に、幾つかの疑問を採り上げて、論じるつもりである。

不活性原子像 原子は多くの種類があり、それぞれ規則的な周期性で特徴づけられる。外殻電子数でその特徴を解釈している。電荷を否定すると、別の解釈を提示しなければならなかろう。それを説明するに、「不活性ガス原子」を採り上げる。原子の外形はほぼ球形で捉えれば良かろう。その寸法も外形も本質的には固定されていないと解釈する。ほぼ球形で空間を占有する実体と思えば良かろう。そこに周期性が八で特徴付けられると言うなら、球表面を8等分して印を付ければ分かり易かろう。しかし図形表現が難しい。そこで、正8面体構造を表現してみた。それが右図の正三角形での8面体構造である。球の中心に対して、印(赤丸と青丸)を付けた方向に原子周期性の特徴を捉える解釈である。この赤丸、青丸の意味は炭素結合の秘め事に示した意味である。原子間の結合力の基本を電荷概念に基づく『クーロン力』が現代物理学の基本法則になっている。それは原子核理論に於いても同様である。電荷の『クーロン力』を排除したら、現代物理学の理論的論拠を失うと思う。その『クーロン力』の代わりに『磁気エネルギー流』が極微世界の結合を支配している全てであると解釈する。上の正8面体の展開図を示そう。原子間結合力は磁気力である。それは地球磁場と同じ、地球表面のエネルギー回転流と同じ解釈に繋がる。不活性原子の表面は八周期性の安定分布状況に在る状態と解釈すれば良い。N極とS極の隣同士の表面のエネルギー回転流方向もそれぞれ安定化を強める方向性を示す。極めてバランスの良い状態にある。この磁極の内の幾つかが欠けると、原子の安定性が損なわれると解釈する。そこに異種原子間の結合が起き易くなる原因が存在するとの解釈である。ナトリュウム原子と塩素原子の結合が塩NaClになると言う。日常生活に、また人の細胞の活動に欠かせない物が塩である。そんな意味で、化学を素人の見方で解釈してみようと思う。

原子と対極性(1)の① 塩の結晶と原子結合 先ず初めに、塩の原子結合の模型を提示する。塩は結晶構造を示すようである。ありふれた日常生活の中の結晶であり、雪の結晶に次ぐ単純性を示すと思う。ナトリュウム原子と塩素原子の結合をどの様な仕組みで捉えれば自分が納得できるかで考えた。ナトリュウムは周期律性で、1番目の性質を示す。塩素は7番目の飽和一つ手前の性質を示す。そのナトリュウムNaと塩素Clの結合を考慮した原子模型が上に示したものである。Naは不活性ガスのネオンNeの飽和状態から一つ何かが追加されて、不安定な金属元素と考える。その原子表面の不安定性を磁極Sの飛び出しとして解釈する。逆に、塩素原子Clは飽和原子アルゴンArに対して一つ表面に欠損が有ると解釈する。その欠損磁場がN磁極とする。

塩の原子結合 その二つの原子NaとClは右図の絵のように磁気結合として解釈すれば、自分は納得できる。余りにも単純過ぎて、論理性を数学公式で捉えたい科学論から見れば、魅力は無いだろう。しかし逆に、外殻電子の運動理論は原子結合には空間像として捉えるには矛盾が多過ぎて信用出来ない。運動電子間での結合などとても論理性で耐えられない筈だ。ここに示した分子結合は、単に外殻電子の周回運動論では決して分子結合の説明は出来ない事を指摘し、その解決法としての磁気結合が感覚的にも納得できようと言う意味で提示した。しかし「塩」の結晶まで考えると、疑問が解消しない。

塩の結晶に関する疑問 塩は精製されると結晶になる。しかしNaClという分子で完結したら、結晶には成らず、単なる分子の粉末状にしか成らないだろう。塩の分子同士が結合しなければ結晶構造には成らない。その分子同士を結合させる結合の仕組みは何かが分からない。塩を結晶として捉えれば、単なる分子NaClでなく、・・ClNaClNa・・・と無限に繋がった「塩」と解釈したい。方形状の結晶になる訳も理解できない。

(1)の②水分子 水は生命の水とも言われ、生きるに欠かせない物質である。考えて見れば不思議なものに思える。酸素Oと水素Hの原子結合として捉えられている。一般の水は不純物も含み、水素Hと水酸基OHのイオンに分離していると言う。しかしイオンという電荷解釈を否定すれば、磁気的結合で解釈する以外なかろう。自然を観察し、理解する事は学校教育では科学・理科の分野に入る。どうしても古い仕来りを踏襲する為、決まり切った事に偏り、日常の素朴な疑問から取り組む事には指導者側に、検定教科内容に縛られる事からの躊躇や怖気もあろう。例えば『水』を採り上げて、その意味を探ろうとしても、とても難し過ぎて手に負えない。水素と酸素が結合して水の分子になると言う。それでは水素とはどんな性質を備えているか?酸素とはどのような物か?と考えて、それが結合して水になった時、水素と酸素の特質がその水の特性にどのように現れているかと『問答』をして見る。全く分からない。それは水素と酸素の性質が良く未だ分かっていないからじゃなかろうかと思いたい。ありふれた水を採り上げて考えても、そこにはとても大きな疑問がある事に気付く。そんな疑問を大切にして考える事が、学校教育に求められているように思う。安易に答えが分かっているような事のみで済ます教育はもう時代遅れと思う。『疑問』を沢山子供たちに伝えることこそ本当の教育と思う。電荷概念を否定することにより、化学分子構造とその本当の意味が未だに分かっていないと考えるべきではないかとの思いに至る。水分子の妙と言えよう。ここでは疑問を拾い出しただけで、申し訳ない。答えるだけの能力が自分には無い。ただ水素と核分裂放出時などの陽子とは、エネルギー量に違いがあるだけで、同じものであろうと考える。

(1)の③,④塩水と電気分解 塩水は水分子と塩の結晶が混合されて、教科書的にはそれぞれがある比率でイオンに分離していると考えている。塩と水の溶け具合が分子論で、どのような関係であるかも私は知らない。Na と Cl が溶けると言う分離と、分子 NaCl のままでそれぞれが水に溶けると言う分離と塩水の濃度パーセントとの関係が如何にかも私は分からない。この疑問と不可知はそのままに覚えておきたい。そこで電気分解に進もう。この電気分解は「苛性ソーダ製造工業」に繋がる。『イオン交換膜法』が取られているようだ。情報検索すると、中学生の理科実験が出て来る。水素ガスと塩素ガスが二つの電極に分かれて発生する。しかし、塩素ガスと水素ガスの発生分量は同じくない。解説では塩素は水に溶けやすいから、分量が異なると説明している。そんな中学生の理科実験の問題さえ自分には理解できないのである。塩素が水に溶けると言う現象はどのような意味なのかが分からないのである。塩素分子は Cl_2_ と2個の分子が対に成っていると言われる。そのままの結合分子の形で水の分子の中に溶け込むのだろうか。あるいは、またイオン形に分離して溶けるのであろうか。そのイオン形に分離するのは電気分解を逆に戻さなければならないと言う矛盾から、不可能の論理に成る。では、塩素原子で水に溶けるのだろうか。ここにも大きな『問答』の謎が隠されているように思う。工業製造過程ではそんな事はもう解り切っている事かも知れない。やはり知りたい事である。無知は誰にでもあろう。気付かない無知より気付いた無知は希望になろう。気付いても知らぬ振りで、過ごす教育は犯罪に近い。気付いた無知の疑問は進む道しるべ。「問答」何故水素分子は H_2_ と二つの原子が対になるのか?基礎が大事と言うが、基礎ほど難しい事は無いのだ。学校教育で、詰め込む『基礎教育』という指導要領・内容は過去の踏襲の道標でしかないかと常に疑う事が欲しい。

(2)の⑤ Naは増殖炉『もんじゅ』の冷却材として使う、とても危険な元素でもある。配管破損で、重大なNa漏れ事故を起こした。世界はその危険性から、この冷却方式の原子炉の建設から撤退した。増殖炉は、ウランからプルトニュームPu燃料を造る原子炉で、水冷却では高温度の原子核反応が起きない為に、ナトリュウム冷却方式に成らざるを得ないのであろう。『文殊・普賢』菩薩が悲しむ未熟・危険発電などトンデモナイ事である。水との反応は反発性の激しい動きが特徴的である。その時おそらく発熱を伴うのであろう。その現象を⑥として表現した。Naが水分子を分解し、H2ガスを放出するのだろう。この現象がどのような訳で起きるかを知らない。自然現象は、「何故か」と問う事によって、その深い意味の理解に繋がる。しかし、ナトリュウムNaは余りにもありふれた元素でありながら、自分にとってはその単独の性質から当然であるとの感覚的会得には程遠い存在である。⑥の熱は何の質量が変換したものかを説明するのが科学論である。エネルギーと質量等価性は自然界の大原則である。

(3)の塩素 家庭での消毒剤が多く使われる。人間の都合で自然環境を破壊している。塩素Clはどのように河川で分解されるのか、どんな微生物に期待するのか。その廃棄物が最終的にどう浄化されるかまで科学的に環境評価アセスメントとやらは人間の生命の尊厳から知恵を出さねばなるまい。「秋アカネ」の日本の秋の象徴が消えた人間の罪悪。水が生命なら、水中生物の生命をどうするのだろう。塩素も塩の元素でありながら、塩と塩素との化学的特性の差に全く手も足も出ない無知を自覚している。

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