「原子」と「元素」は何が違うんだっけ…
大人も意外と知らない「決定的な違い」
138億年前、
点にも満たない極小のエネルギーの
塊からこの宇宙は誕生した。
そこから物質、地球、生命が生まれ、
私たちの存在に至る。
しかし、ふと冷静になって考えると、
誰も見たことがない「宇宙の起源」を
どのように解明するというのか、
という疑問がわかないだろうか？
ものの個性は「原子」で決まる
素粒子のことを考えると、
もはや最も基本的な存在とは呼べそうもない原子ですが、
それでも原子は重要です。
というのも、ものが原子よりも細かくなると、
ものとしての個性を失います。
原子の種類によって、
重さや他の原子とのくっつきやすさ、
壊れやすさ、沸点・融点などといった
性質が変わってきます。
ものを燃やす酸素やかたい鉄といった
性質を決めているのは、原子です。
原子に現れる性質によって分子がつくられ、
化学反応を起こすようになり、
私たちの体や身の回りのものになっていきます。
ですから、
原子がものの基本的な単位
であるというのは間違いではありません。
私たちになじみのある性質が現れるのが
原子という単位からで、
私たちの目に触れるすべてのものは
118種類の原子の組み合わせなのです。
118種類の原子は、
性質が似ているいくつかのグループに
分けることができます。
原子をグループ別にまとめたものが「周期表」です。
原子を重さが小さなものから順番に見ていくと、
似たような性質のものが周期的に
現れることから、そう呼ばれています。
電子のふるまいは、
まるで「かごめかごめ」⁉
この周期を生み出すもとになっているのが、
それぞれの原子をつくっている電子の配置です。
原子の中では原子核を中心にして、
いくつかの電子が何重にも取り囲んで回っています。
子供の遊び「かごめかごめ」は
一重の輪をつくるだけですが、
原子の中では電子が何重もの輪をつくって、
「かごめかごめ」をやっているようなものです。
一番外側の輪（最外殻）を回っている電子の数が、
原子の化学的な性質に大きく関わっています。
一番外側の輪を回っている電子を
「価電子」と呼び、
その数が同じ原子同士は似たような
化学的性質をもつようになります。
周期表では縦の列に似ているものが
並ぶように配置されているので、
縦のグループにどのような
原子があるのかが重要です。
周期表の縦の列を「族」と呼びます。
周期表の一番左の列に位置する
水素やナトリウムなどが属する第1族は、
価電子が1個しかなく、
電子は他の原子に移りたがります
（「図：原子の電子配置図」）。
「原子」と「元素」は何が違う？
これまでずっと「原子」という言葉を使ってきましたが、
周期表では「元素」という言葉を使います。
実は、同じ水素や酸素の中にも
兄弟のような原子がいる場合があります。
佐藤さんに兄弟がいたとすると、
同じ佐藤さんでも、
見た目や性格はちょっと違いますよね。
兄弟の関係にある原子は、
陽子と電子の数は同じですが、
中性子の数が異なります。
電子の数が同じなら化学的性質は同じですが、
中性子の数が異なれば物理的性質が違ってくるので、
違う原子です。
原子といった場合、
その兄弟は厳密に分けて考えるのですが、
元素という場合には、
同じ家族の一員とみなします。
ここでまた、
おさらいをしましょう。原子をより細かくして、
素粒子にまで分けてしまうと、
もう原子の性質はまったく無関係になります。
例えば、水素原子から取り出したものであろうが、
酸素原子からのものであろうが、
電子は電子。
見た目も性質も変わらない
素粒子になってしまいます。
こうなってしまうと、
私たちになじみのある性質はなくなり、
日常生活での感覚からは遠くなります。
《著者からのメッセージ》
本書の編集は点字本製作と並行して進みました。
以前から私たちの研究の最前線を
スナップショット的に紹介する一般の方向けの
入門書を編纂したいと考えていましたが、
あるきっかけで点字本をつくろうということになり、
その「点字本プロジェクト」の後押しを得て、
ようやく完成したものです。
点字版、触図版の電子ファイルは、
視覚障害のある方や、その他の関心のある方に向けて、
無料で提供されています。
公開は、高エネルギー加速器研究機構のリポジトリ、
筑波技術大学のリポジトリ、
国立国会図書館の
視覚障害者等用データ送信サービスで行いますが、
こちらにアクセスしていただくと、
それら入手先の情報を得ることができます。
この点字本プロジェクトポータルページには、
本書発刊後に判明した正誤表などの
追加情報も掲載していく予定です。
以下のQRコードからもアクセスできます。
この本が、私たちがどこから来て、
何者であり、またどこに向かっているのか、
より多くの人と一緒に考える
一助になることを心から願ってやみません。
＜参考：＞
高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所
１喧嘩はするな、
２意地悪はするな、
３過去をくよくよするな、
４先を見通して暮らせよ、
５困っている人を助けよ、
あなたなら出来ます応援しています
Rupan by サロンディレクターNao