身の回りのもの全てが 原子でできているとか
原子は とてもとても
小さいものだと 知っているかもしれないね
どの原子にも核があり
少なくとも１つの
プラスの電荷を持つ陽子と
通常 似たような数の
電荷を持たない 中性子からなっている
この核の周りを
マイナスの電荷を帯びた 電子が飛び回っている
原子が何の原子であるかは
原子核の中にある 陽子の数で決まるんだ
陽子が1つだけなら水素
陽子が６つなら炭素
79個あれば金の原子だと
全てこのように決まっている
ちょっと横道にそれてみよう
どうやって原子の構造が分かるのか？
陽子､中性子､電子は 実際見ることはできない
だから 実験を重ねて
予測するものの モデルを構築する
さらに実験を繰り返し
結果がモデルに合うか確かめる
モデルに合えば素晴らしいが
合わなければ 新しいモデルが必要とわかる
紀元前400年のデモクリトスの 原子論以来
いろいろな原子モデルが提案されてきた
この先も新しいものが
いくつも生まれるだろう
では ここで本題に戻ろう
原子の核にあるものは くっついて固まっているが
電子は自由に動き回っている
だから化学者は電子が好きなんだ
結婚できるものなら
したいくらいだ
でも 電子は実に変わっている
小さいけれど 野球のボールのように
粒子としてふるまったり
水の波のようにふるまったりもする
実験の仕方によって 違う性質を示すんだ
特に電子が変わっているのは
その位置が はっきり分からないこと
計測する装置が問題ではなく
この不確定さが
現在の電子のモデルになっている
だから 正確な位置はわからないが
原子核の周囲の特定の場所に
電子が存在するかどうかを
確率で示すことはできる
だから こんな質問もできるんだ
原子核のまわりに
95％の確率で 特定の電子がみつかる
空間を描いたら
どんな形になるだろう？
実はこんな形になる
これらは電子軌道と呼ばれ
それぞれの形は
主に 軌道の
エネルギーの量で決まってくる
軌道のエネルギーが大きいほど
電子が存在する確率が 最も高い場所は
核から より離れていく
ところで なぜ95％の確率で
100％ではないのだろう？
これもまた ちょっと変わった
電子のモデルが関係している
原子核からある程度離れてしまうと
電子がそこで見つかる確率が
減っていくが
指数関数的な減り方をする
つまり 確率は限りなくゼロに近づくが
完全にゼロにはならない
ということは
ある原子に属する電子が
かすかだが ほんの短時間
ほんの少しの確率で
遠く離れた 宇宙の果てに 存在する可能性があるわけだ
でも 通常 電子は 原子核の近くで
マイナスの電荷を持つ粒子として
濃淡のある雲の様に 時間と共に変化しながら存在する
ある原子に属する電子が
他の原子に属する電子と どう関わるかが
ほぼ あらゆるものを決定する
原子は自分の電子を
他の原子に渡したり
他の原子と共有したりできるんだ
このような原子間の関係が
化学をおもしろいものにしている
そこらへんの石ころから 複雑な生物まで
私たちが 見たり 聞いたり
匂いや味や 手で触って感じるもの
全ての本質が 原子レベルで 決まっているんだ