古代 こだい から中世 ちゅうせい において、万物 ばんぶつ の根源 こんげん は仮説 かせつ を積 つ み上 あ げる手段 しゅだん で考 かんが えられ、その源 みなもと にある不可分 ふかぶん なものを「元素 げんそ 」と捉 とら えていた。ヨーロッパ で成立 せいりつ した近代 きんだい 科学 かがく の成立 せいりつ 以降 いこう 、物質 ぶっしつ の基礎 きそ 単位 たんい は原子 げんし 、とする理論 りろん が構築 こうちく されてからは、原子 げんし は「物質 ぶっしつ を構成 こうせい する具体 ぐたい 的 てき 要素 ようそ 」、元素 げんそ は「性質 せいしつ を包括 ほうかつ する抽象 ちゅうしょう 的 てき 概念 がいねん 」というように変 か わった。
《原子 げんし 》は構造 こうぞう 的 てき な概念 がいねん であるのに対 たい して、《元素 げんそ 》は特性 とくせい の違 ちが いを示 しめ す概念 がいねん である。具体 ぐたい 的 てき には、各 かく 元素 げんそ の差異 さい は原子 げんし 番号 ばんごう すなわち原子核 げんしかく に存在 そんざい する陽子 ようし の数 かず (核種 かくしゅ )で区分 くぶん される。したがって中性子 ちゅうせいし の総数 そうすう により質量 しつりょう 数 すう が異 こと なる同位 どうい 体 たい も同 おな じ元素 げんそ として扱 あつか われる。これに対 たい し原子 げんし は中性子 ちゅうせいし の個数 こすう を厳密 げんみつ に捉 とら える。したがって、元素 げんそ とは原子 げんし の集合 しゅうごう 名詞 めいし ということもできる。電子 でんし の増減 ぞうげん によって生 しょう じる状態 じょうたい であるイオン は、原子 げんし が電荷 でんか を帯 お びた状態 じょうたい として考 かんが えられる。英語 えいご "element" は「根本 こんぽん にあるもの」を意味 いみ する。他 た の用例 ようれい では電気 でんき 回路 かいろ の「素子 そし 」も同 おな じ単語 たんご が用 もち いられる。
いろいろなモノが一体 いったい 何 なに からできているのかという疑問 ぎもん と考察 こうさつ は洋 よう の東西 とうざい を問 と わず古代 こだい からあり、物質 ぶっしつ 観 かん ・自然 しぜん 観 かん ・世界 せかい 観 かん と関連 かんれん づけながらそれぞれの文明 ぶんめい 圏 けん で体系 たいけい がなされた。それらが「火 ひ 」「水 みず 」「土 ど 」など自然 しぜん 現象 げんしょう から抽出 ちゅうしゅつ された少数 しょうすう の「元素 げんそ 」であり、宗教 しゅうきょう と関連 かんれん づけられることもあった。物質 ぶっしつ の根源 こんげん が(現在 げんざい に似 に た方向 ほうこう で)体系 たいけい づけられたことはアイルランド の自然 しぜん 哲学 てつがく 者 しゃ ロバート・ボイル (1627年 ねん –1691年 ねん )に始 はじ まるといわれる(彼 かれ の考 かんが え方 かた が後 こう の科学 かがく 者 しゃ [ 注釈 ちゅうしゃく 2] に共通 きょうつう 認識 にんしき として広 ひろ がることになった)。彼 かれ は実験 じっけん ・測定 そくてい ・分析 ぶんせき を重視 じゅうし し、それらの結果 けっか から「これ以上 いじょう 細 こま かく分 わ けられない物質 ぶっしつ 」を元素 げんそ と定義 ていぎ した。以後 いご 、様々 さまざま な考察 こうさつ とそれを裏付 うらづ ける実験 じっけん が行 おこな われ、元素 げんそ を「粒子 りゅうし 」として捉 とら える今日 きょう の元素 げんそ 観 かん および原子 げんし 論 ろん が確立 かくりつ された。
元素 げんそ の性質 せいしつ は最 さい 外 そと 殻 から 電子 でんし (価 あたい 電子 でんし )に大 おお きく影響 えいきょう されるため、同様 どうよう な性質 せいしつ を持 も つ元素 げんそ は元素 げんそ の族 ぞく (元素 げんそ 群 ぐん )として、周期 しゅうき 表 ひょう においても族 ぞく (周期 しゅうき 表 ひょう の列 れつ )や系列 けいれつ として纏 まと められている。現在 げんざい 、元素 げんそ は118種類 しゅるい の存在 そんざい が確認 かくにん され、いずれも国際 こくさい 純正 じゅんせい ・応用 おうよう 化学 かがく 連合 れんごう (IUPAC)により正式 せいしき 名称 めいしょう が与 あた えられている。なお、元素 げんそ は173番目 ばんめ まで存在 そんざい 可能 かのう との説 せつ も唱 とな えられている。
発見 はっけん された時代 じだい で色 いろ が分 わ けられた周期 しゅうき 表 ひょう 。なお、赤 あか は古代 こだい から知 し られていた元素 げんそ 、黄色 おうしょく 系統 けいとう は1869年 ねん までに発見 はっけん された元素 げんそ 、緑 みどり は1923年 ねん までに発見 はっけん された元素 げんそ 、青 あお は1945年 ねん までに発見 はっけん された元素 げんそ 、灰色 はいいろ は20世紀 せいき 末 まつ までに発見 はっけん された元素 げんそ である。
五 ご 行 ぎょう 思想 しそう における5つの元素 げんそ
古代 こだい 中国 ちゅうごく における物質 ぶっしつ の根源 こんげん に関 かか わる思想 しそう は、周 しゅう 代 だい の紀元前 きげんぜん 11 - 4世紀 せいき 頃 ごろ には体系 たいけい づけられた。『周 しゅう 易 えき 』は、自然 しぜん 現象 げんしょう は「天 たかし ・流水 りゅうすい ・火 ひ ・雷 かみなり ・風 ふう ・水 みず ・山 やま ・地 ち 」の8つの基本 きほん に帰 かえ し、これと陰陽 いんよう 思想 しそう の根源 こんげん である対 たい 位 い 思想 しそう 「陰 かげ 」と「陽 ひ 」が組 く み合 あ わさったものと見 み なした。物質 ぶっしつ の根源 こんげん 要素 ようそ には「木 き 」・「火 ひ 」・「土 ど 」・「金 かね 」・「水 みず 」の5つを基本 きほん 物質 ぶっしつ である「元素 げんそ 」と考 かんが える五 ご 行 ぎょう 思想 しそう を置 お き、これに陰陽 いんよう が関 かか わり宇宙 うちゅう のすべてが成 な り立 た つと考 かんが える陰陽 いんよう 五 ご 行 ぎょう 思想 しそう を構築 こうちく した。
この思想 しそう を基礎 きそ に、未来 みらい を予想 よそう する方法 ほうほう が発達 はったつ し易 えき 法 ほう となった。また道教 どうきょう にも取 と り入 い れられ、成立 せいりつ した陰陽 いんよう 道 どう は日本 にっぽん にも伝 つた わった。
古代 こだい インド における根源 こんげん 論 ろん には、古 いにしえ ウパニシャッド に登場 とうじょう するウッダーラカ・アールニ の思想 しそう 「有 ゆう (う、sat)の哲学 てつがく 」に汲 く み取 と れる。彼 かれ の思想 しそう には、すべてのものは微小 びしょう なアートマン (我 が )だと言及 げんきゅう する部分 ぶぶん がある。
具体 ぐたい 的 てき な根源 こんげん 物質 ぶっしつ 観 かん は、『パーリ語 ご 経典 きょうてん 』経蔵 きょうぞう ・長部 おさべ の『沙門 しゃもん 果 はて 経 けい 』に見 み ることができる。ここで述 の べられている考 かんが えは、紀元前 きげんぜん 5世紀 せいき 前後 ぜんこう の釈迦 しゃか と同 どう 時代 じだい 人 じん と伝 つた わる思想家 しそうか 集団 しゅうだん である「六 ろく 師 し 外道 げどう 」たちによって形成 けいせい された古代 こだい インド原子 げんし 論 ろん である。アジタ・ケーサカンバリン は「存在 そんざい を構成 こうせい する物質 ぶっしつ 元素 げんそ は、地 ち ・水 みず ・火 ひ ・風 ふう の四大 しだい である」という論 ろん を主張 しゅちょう した[ 11] [ 12] 。また、パクダ・カッチャーヤナ は「生命 せいめい は絶対 ぜったい 的 てき な地 ち ・水 みず ・火 ひ ・風 ふう ・楽 らく ・苦 く ・命 いのち の7つの要素 ようそ から構成 こうせい されている」と説 と いた[ 13] [ 14] 。彼 かれ らの思想 しそう は、カッチャーヤナの「ものを切 き る剣 けん は、この要素 ようそ の隙間 すきま を通 とお る」という言葉 ことば に表 あらわ される通 とお り、元素 げんそ をanu(微小 びしょう なもの)、paramanu(極限 きょくげん まで微小 びしょう なもの)と説明 せつめい しており、これらが漢語 かんご において「極微 きょくび 」と訳 やく される事 こと から「極微 きょくび 論 ろん 」と言 い うことができる。
インドの極微 きょくび 論 ろん は六 ろく 派 は 哲学 てつがく や宗教 しゅうきょう に引 ひ き継 つ がれていった。ニヤーヤ学派 がくは ・ヴァイシェーシカ学派 がくは が4つの元素 げんそ に対応 たいおう する4つの極微 きょくび (原子 げんし )を想定 そうてい したのに対 たい し、六 ろく 師 し 外道 げどう の一人 ひとり マハーヴィーラ が創始 そうし したジャイナ教 きょう では初期 しょき の頃 ころ 、極微 ごくび に種類 しゅるい を設 もう けなかったと考 かんが えられる。しかしジャイナ教 きょう もやがて「蝕・味 あじ ・香 こう ・色 いろ 」という性質 せいしつ と、「冷 ひえ 湿 しめ ・冷 ひや 乾 いぬい ・熱 ねつ 湿 しめ ・熱 ねつ 乾 いぬい 」という現 あらわ れ方 かた があると考 かんが えるようになり、複数 ふくすう の極微 きょくび を想定 そうてい するようになった。
仏教 ぶっきょう においても万物 ばんぶつ の構成 こうせい 要素 ようそ として「地 ち ・水 みず ・火 ひ ・風 ふう 」を「四大 しだい 」または「四大 しだい 種 しゅ 」という考 かんが え方 かた がある。ただしこれらにはそれぞれに「形 かたち ・象徴 しょうちょう ・色 いろ ・機能 きのう 」といった付帯 ふたい 的 てき な特徴 とくちょう を持 も ち、様々 さまざま な現象 げんしょう (rupa、「色 いろ 」)の根本 こんぽん という抽象 ちゅうしょう 的 てき 解釈 かいしゃく で語 かた られる。この概念 がいねん は拡大 かくだい して「空 そら (くう)」を加 くわ えた五大 ごだい (マウアラカキヤ)、さらに「識 」を加 くわ えた六 ろく 大 だい へと発展 はってん し、観念 かんねん 的 てき ・哲学 てつがく 的 てき な思想 しそう へと意義 いぎ を変化 へんか させた。これらは中国 ちゅうごく の五 ご 行 ぎょう 思想 しそう ともども近代 きんだい 的 てき な物質 ぶっしつ 要素 ようそ の科学 かがく には繋 つな がらなかった。
西 にし アジアやヨーロッパでも古代 こだい エジプト やメソポタミア など高度 こうど な古代 こだい 文明 ぶんめい が発達 はったつ したが、これらからは物質 ぶっしつ の根源 こんげん に関 かか わる記録 きろく が発見 はっけん されておらず、唯一 ゆいいつ 古代 こだい ギリシア における思想 しそう が伝 つた わっており、この考 かんが え方 かた は長 なが くヨーロッパで受 う け入 い れられた。紀元前 きげんぜん 6~4世紀 せいき の哲学 てつがく 者 しゃ たちは、万物 ばんぶつ のあらゆる生成 せいせい と変化 へんか の根源 こんげん にある原理 げんり を「アルケー 」などと呼 よ び、これらが一体 いったい 何 なに なのかを論 ろん じた[ 17] 。
タレス は、「水 みず 」に根元 ねもと 「要素 ようそ 」というよりも根元 ねもと 「性質 せいしつ 」を重視 じゅうし した主張 しゅちょう をした。
タレス は、氷 こおり や水蒸気 すいじょうき などの相 そう を持 も ち、硬 かた い岩 いわ も風化 ふうか させる「水 みず 」がアルケーだと論 ろん じた[ 18] 。これは正 ただ しくは、水 みず のような流体 りゅうたい 性 せい を持 も つものが根本 こんぽん 物質 ぶっしつ であるという事 こと を指 さ している。タレスの孫弟子 まごでし に当 あた るアナクシメネス はこの考 かんが えをさらに深 ふか め、アルケーは「空気 くうき 」だと説 と き、これが濃 こ くなれば風 ふう や雲 くも 、やがて水 みず や岩 いわ などに変化 へんか すると述 の べた。ただしアナクシメネスの主張 しゅちょう は、タレスと同 おな じく流体 りゅうたい 性 せい が根本 こんぽん にあると見 み なし、生物 せいぶつ の呼吸 こきゅう などを含 ふく めアルケーを的確 てきかく に表 あらわ すものとして空気 くうき を示 しめ している。同 どう 時代 じだい には、根源 こんげん を火 ひ として「万物 ばんぶつ は流転 るてん する」と述 の べ、火 ひ が変化 へんか して空気 くうき や水 みず または土 ど などを生成 せいせい すると述 の べるヘラクレイトス も現 あらわ れた。ただし彼 かれ が言 い う火 ひ も基本 きほん 物質 ぶっしつ ではなく闘争 とうそう 原理 げんり を指 さ す。これらは、一 ひと つの原理 げんり で自然 しぜん 界 かい の多様 たよう 性 せい を説明 せつめい する方法 ほうほう 論 ろん であった。
古代 こだい ギリシア 、イスラム世界 せかい (イスラム科学 かがく )、中世 ちゅうせい 〜18、19世紀 せいき 頃 ごろ までのヨーロッパ で支持 しじ された四 よん 大 だい 元素 げんそ 説 せつ における元素 げんそ の関係 かんけい 図 ず 。 エンペドクレス は、不変 ふへん かつ複数 ふくすう の根元 ねもと 物質 ぶっしつ が混 ま ざり合 あ うことで自然 しぜん の多様 たよう 性 せい を説明 せつめい した。
これに対 たい し、パルメニデス やゼノン らエレア派 は は「ある」ものの不変 ふへん ・不動 ふどう 性 せい を説 と く立場 たちば から、単一 たんいつ の原理 げんり とその変化 へんか で多様 たよう な世界 せかい を説明 せつめい することは誤 あやま りという主張 しゅちょう を行 おこな った。このエレア派 は の論理 ろんり に矛盾 むじゅん せずに自然 しぜん の多様 たよう 性 せい を説明 せつめい した哲学 てつがく 者 しゃ がエンペドクレス であった。彼 かれ は、アルケーがひとつではなく4つのリゾーマタから成立 せいりつ すると述 の べ、その四 よん 大 だい 元素 げんそ に「火 ひ 、空気 くうき 、水 みず 、土 ど 」を置 お き、新生 しんせい も消滅 しょうめつ もしないこれらが離散 りさん ・集合 しゅうごう して多数 たすう の元素 げんそ や自然 しぜん 界 かい のできごとが成立 せいりつ していると提唱 ていしょう した[ 22] 。
ピタゴラス 学派 がくは は「万物 ばんぶつ は数 かず である」と述 の べ、四 よん 大 だい 元素 げんそ 論 ろん と当時 とうじ 発見 はっけん されていた正 せい 多面体 ためんたい を対応 たいおう させ、「火 ひ ・土 ど ・水 みず ・空気 くうき 」に「正 せい 4 ・6 ・8 ・20面体 めんてい 」を置 お き、後 のち に見 み つかった正 せい 12面体 めんてい は宇宙 うちゅう を現 あらわ すと主張 しゅちょう した[ 23] 。
プラトン は四 よん 大 だい 元素 げんそ 論 ろん に階層 かいそう 的 てき な概念 がいねん を導入 どうにゅう し、土 ど が正 せい 六面体 ろくめんたい でもっとも重 おも く、他 た のリゾーマタは三角形 さんかっけい からなる正 せい 多面体 ためんたい で、火 ひ が最 もっと も軽 かる いリゾーマタであり、これらはそれぞれの重 おも さに応 おう じて運動 うんどう し互 たが いに入 はい り混 こん じると考 かんが えた。これは、物体 ぶったい は物体 ぶったい でしかないという彼 かれ の主張 しゅちょう から導 みちび き出 だ された。プラトンの作 さっ かどうか疑問 ぎもん 視 し されている著書 ちょしょ では、4つのリゾーマタに加 くわ え、天 てん の上層 じょうそう を構成 こうせい するとして「アイテール」が導入 どうにゅう されている。彼 かれ に続 つづ く一派 いっぱ は、物質 ぶっしつ の多様 たよう 性 せい を説明 せつめい するためにイデア論 ろん を機軸 きじく に置 お き、三角形 さんかっけい がイデア を示 しめ すかたちであり、これは分割 ぶんかつ ができないものという「極微 きょくび 論 ろん 」に似 に た主張 しゅちょう を行 おこな った。
アリストテレス
紀元前 きげんぜん 350年 ねん ごろ、アリストテレス は無限 むげん を考察 こうさつ する際 さい に、これを否定 ひてい する論述 ろんじゅつ のひとつにおいて有限 ゆうげん 個数 こすう の四 よん 大 だい 元素 げんそ 論 ろん を用 もち い、4つのリゾーマタ は相互 そうご に反対 はんたい の性質 せいしつ を持 も ち、もし無限 むげん が存在 そんざい するならば世界 せかい はどれか一 ひと つの性質 せいしつ で満 み たされてしまうと述 の べた。また、『天体 てんたい 論 ろん 』において天上 てんじょう にのみ存在 そんざい し円運動 えんうんどう をするアイテールを、直線 ちょくせん 的 てき に動 うご く4つのリゾーマタの上位 じょうい として立 た てた。アイテル を語源 ごげん とするアイテールは、のちの自然 しぜん 学 がく における第 だい 五 ご 元素 げんそ とされ、宇宙 うちゅう を満 み たす媒質 ばいしつ エーテル の構想 こうそう へとつながっていく。
デモクリトス
プラトンやアリストテレスよりもやや時代 じだい 的 てき に先行 せんこう するレウキッポス とデモクリトス は、エンペドクレスと同様 どうよう 、パルメニデスらエレア派 は の論理 ろんり に矛盾 むじゅん せずに自然 しぜん の多様 たよう 性 せい を説明 せつめい しようとした。彼 かれ らは、自然 しぜん を構成 こうせい するそれ以上 いじょう 分割 ぶんかつ できない最小 さいしょう 単位 たんい として「原子 げんし (アトム)」が存在 そんざい すると考 かんが え、生成 せいせい 消滅 しょうめつ しない無数 むすう の原子 げんし の結合 けつごう 分離 ぶんり の仕方 しかた (原子 げんし のさまざまな形状 けいじょう ・並 なら び方 かた ・向 む き)により多様 たよう な事物 じぶつ やその生成 せいせい 変化 へんか が生 しょう じるなどと論 ろん じた。だが、彼 かれ らの「原子 げんし 論 ろん 」は当時 とうじ あまり評価 ひょうか されることは無 な く、ヨーロッパにおいては主 おも に四 よん 元素 げんそ 説 せつ が中世 ちゅうせい のスコラ哲学 すこらてつがく へ継承 けいしょう されてゆくことになる[ 25] 。
古代 こだい ギリシア哲学 てつがく の元素 げんそ 論 ろん は中世 ちゅうせい ヨーロッパに直接 ちょくせつ 伝 つた わらず、エジプト やアラブ 世界 せかい を経由 けいゆ して錬金術 れんきんじゅつ に組 く み込 こ まれた。ここでは経験 けいけん 的 てき 技術 ぎじゅつ の蓄積 ちくせき や実験 じっけん 手段 しゅだん の洗練 せんれん 化 か が行 おこな われたが、卑金属 ひきんぞく から貴金属 ききんぞく をつくるという目的 もくてき と、成果 せいか が秘匿 ひとく されたために情報 じょうほう が孤立 こりつ する傾向 けいこう にあり、元素 げんそ の探求 たんきゅう にはあまり寄与 きよ しなかった。その中 なか で、ジャービル・イブン=ハイヤーン (721年 ねん ? - 815年 ねん ?)やパラケルスス (1493年 ねん ? - 1541年 ねん )[ 26] が唱 とな えた根源 こんげん 物質 ぶっしつ としての三 さん 元素 げんそ が伝 つた わっているが、これは硫黄 いおう ・水銀 すいぎん ・塩 しお を指 さ した。この三 さん 元素 げんそ のうち硫黄 いおう と水銀 すいぎん は単体 たんたい だが、塩 しお は化合 かごう 物 ぶつ の塩化 えんか ナトリウム であり、今日 きょう 的 てき な元素 げんそ 概念 がいねん からすれば意味 いみ は無 な い。ただし、この三 さん 物質 ぶっしつ はそれぞれ共有 きょうゆう 結合 けつごう ・金属 きんぞく 結合 けつごう ・イオン結合 けつごう という化学 かがく 結合 けつごう の主 おも な3種類 しゅるい に対応 たいおう している。しかし、ジャービルがこれを意識 いしき していたかどうかはわからない。
現代 げんだい 的 てき 元素 げんそ 観 かん 確立 かくりつ の端緒 たんしょ を開 ひら いたロバート・ボイル 。
物質 ぶっしつ の根源 こんげん は何 なに かという問 と いを改 あらた めて提議 ていぎ した人物 じんぶつ がアイルランド 生 う まれのロバート・ボイル (1627年 ねん - 1691年 ねん )である。彼 かれ は著作 ちょさく 『懐疑 かいぎ 的 てき 化学 かがく 者 しゃ 』にて思索 しさく だけに頼 たよ った古代 こだい ギリシア哲学 てつがく の元素 げんそ 論 ろん を批判 ひはん し、実験 じっけん を重視 じゅうし して元素 げんそ を探求 たんきゅう すべきという主張 しゅちょう を行 おこな った。また彼 かれ は、元素 げんそ に「これ以上 いじょう 単純 たんじゅん な物質 ぶっしつ に分 わ けられないもの」という粒子 りゅうし 説 せつ [ 26] の定義 ていぎ を与 あた え[ 注釈 ちゅうしゃく 3] 、さらに元素 げんそ は古代 こだい 的 てき 考 かんが えの4-5個 こ では収 おさ まらないという先見 せんけん 的 てき な予測 よそく を示 しめ した。
ボイルの主張 しゅちょう 後 ご 、実験 じっけん によって様々 さまざま な「不可分 ふかぶん なもの」の探求 たんきゅう が行 おこな われた。アントワーヌ・ラヴォアジエ は1789年 ねん の著作 ちょさく 『化学 かがく 原論 げんろん 』にて、当時 とうじ 見 み つかっていた33種類 しゅるい の元素 げんそ を纏 まと めた表 ひょう を採録 さいろく した。ただしその中 なか には熱 ねつ 素 もと や光 ひかり があった。また化合 かごう 物 ぶつ であるマグネシア やアルミナ なども含 ふく まれていたが、これは当時 とうじ の実験 じっけん 技術 ぎじゅつ の限界 げんかい によるもので、ボイル以来 いらい の考 かんが え方 かた そのものは正 ただ しかった、と斎藤 さいとう は解説 かいせつ した。
ドルトンの原子 げんし 記号 きごう (左 ひだり )と原子 げんし 量 りょう (右 みぎ の数字 すうじ )
ラヴォアジエの「質量 しつりょう 保存 ほぞん の法則 ほうそく 」や[ 26] ジョゼフ・プルースト が1799年 ねん に発表 はっぴょう した「定 てい 比例 ひれい の法則 ほうそく 」を元 もと に、ジョン・ドルトン は1801-1808年 ねん に執筆 しっぴつ した一連 いちれん の論文 ろんぶん で「原子 げんし 説 せつ 」を唱 とな えた。これは、物質 ぶっしつ の根元 ねもと は原子 げんし (atom)であり、これは元素 げんそ の種類 しゅるい に対応 たいおう するだけの数 かず がある、同 おな じ原子 げんし は質量 しつりょう や大 おお きさが同一 どういつ で異 こと なる原子 げんし はそれらが一致 いっち しないと述 の べ、原子 げんし 量 りょう の概念 がいねん を提示 ていじ した。さらに物質 ぶっしつ は同 おな じ原子 げんし の集 あつ まりである単体 たんたい と異 こと なる原子 げんし の集 あつ まりである化合 かごう 物 ぶつ があるとし、窒素 ちっそ と酸素 さんそ からなる5つの化合 かごう 物 ぶつ を示 しめ してこれを証明 しょうめい した。この理論 りろん は、内包 ないほう した矛盾 むじゅん 点 てん をジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサック の「気体 きたい 反応 はんのう の法則 ほうそく 」やアメデオ・アヴォガドロ の「アボガドロの法則 ほうそく 」などが修正 しゅうせい し、広 ひろ く受 う け入 い れられるようになった。
古代 こだい から知 し られていた単体 たんたい の種類 しゅるい は貴金属 ききんぞく や炭素 たんそ など11に過 す ぎなかったが、17世紀 せいき 以降 いこう には実験 じっけん を通 つう じて様々 さまざま な単体 たんたい が得 え られ、その数 かず に応 おう じて発見 はっけん された元素 げんそ の個数 こすう は増 ふ えた。17世紀 せいき にはリン など3種 しゅ 、18世紀 せいき には水素 すいそ や酸素 さんそ からウランを含 ふく む13種 しゅ 、19世紀 せいき には56種 しゅ の元素 げんそ が見 み つかった。20世紀 せいき には自然 しぜん 界 かい に存在 そんざい する元素 げんそ の残 のこ り5種類 しゅるい に加 くわ え、人工 じんこう 放射 ほうしゃ 性 せい 元素 げんそ が15種類 しゅるい 合成 ごうせい された。
このような元素 げんそ の増加 ぞうか に伴 ともな い、特性 とくせい に応 おう じた分類 ぶんるい や系統 けいとう 立 だ てが行 おこな われた。ラヴォアジエは化合 かごう 物 ぶつ の性質 せいしつ から金属 きんぞく 元素 げんそ ・土 ど 類 るい 元素 げんそ [ 注釈 ちゅうしゃく 4] ・非金属 ひきんぞく 元素 げんそ の3種類 しゅるい の区分 くぶん を提案 ていあん した。さらに測定 そくてい 精度 せいど が高 たか まった原子 げんし 量 りょう を重視 じゅうし した並 なら びから規則 きそく 性 せい (周期 しゅうき 律 りつ )を見出 みいだ そうとする試 こころ みも提案 ていあん された。そして、1869年 ねん にドミトリ・メンデレーエフ が提案 ていあん した周期 しゅうき 表 ひょう は改良 かいりょう を重 かさ ねて原子 げんし 価 か を重視 じゅうし した特長 とくちょう で並 なら べられ、当時 とうじ 未 み 発見 はっけん の元素 げんそ を予言 よげん するなど洗練 せんれん された系統 けいとう 表 ひょう として広 ひろ く認 みと められるようになった。
元素 げんそ の解明 かいめい に様々 さまざま な貢献 こうけん を果 は たし、「原子 げんし 物理 ぶつり 学 がく の父 ちち 」と呼 よ ばれるアーネスト・ラザフォード 。
19世紀 せいき には各 かく 元素 げんそ の発見 はっけん が相次 あいつ ぎ、それぞれの特徴 とくちょう が把握 はあく され蓄積 ちくせき されたが、このような性質 せいしつ がどのような原理 げんり で生 しょう じるかは分 わ かっていなかった。そして、各 かく 元素 げんそ は不変 ふへん だと考 かんが えられていた。しかし19世紀 せいき 末 まつ から20世紀 せいき 初頭 しょとう にかけ、放射 ほうしゃ 性 せい 元素 げんそ と放射能 ほうしゃのう が発見 はっけん され、アルファ崩壊 ほうかい が確認 かくにん された。これによって、一部 いちぶ の元素 げんそ は原子 げんし 量 りょう を低 ひく くする方向 ほうこう へ分裂 ぶんれつ する事 こと が判明 はんめい した。
最新 さいしん の原子 げんし 論 ろん で描 えが くヘリウム 。この構造 こうぞう について詳細 しょうさい は原子 げんし を参照 さんしょう 。
アルファ崩壊 ほうかい 発見 はっけん などで業績 ぎょうせき を残 のこ したアーネスト・ラザフォード は原子核 げんしかく を発見 はっけん し、1911年 ねん にラザフォードの原子 げんし 模型 もけい を提唱 ていしょう した。これにニールス・ボーア は量子 りょうし 仮説 かせつ を加 くわ えてボーアの原子 げんし 模型 もけい を発表 はっぴょう した。これによって基本 きほん 的 てき な原子 げんし の構造 こうぞう や周期 しゅうき 律 りつ が生 しょう じる理由 りゆう などが説明 せつめい され、元素 げんそ は原子 げんし という構造 こうぞう を持 も つ物質 ぶっしつ として知 し られるようになり[ 32] 、その研究 けんきゅう は化学 かがく から物理 ぶつり 学 がく の素粒子 そりゅうし 物理 ぶつり 学 がく 分野 ぶんや へと発展 はってん していった。
1911年 ねん 、ラザフォードは窒素 ちっそ にアルファ線 あるふぁせん を放射 ほうしゃ して水素 すいそ イオンとその時 とき は検出 けんしゅつ されなかったが酸素 さんそ を作 つく り出 だ し、低 てい 原子 げんし 量 りょう の元素 げんそ を転換 てんかん させることに成功 せいこう した。1920年代 ねんだい からは様々 さまざま な元素 げんそ を人工 じんこう 的 てき に変 か える実験 じっけん が行 おこな われ、粒子 りゅうし 加速器 かそくき も発明 はつめい された。これらから、低 てい 原子 げんし 量 りょう の元素 げんそ 変換 へんかん には高 たか いエネルギー が必要 ひつよう になることが判明 はんめい してきた。1932年 ねん には以前 いぜん から存在 そんざい が予測 よそく されていた中性子 ちゅうせいし が発見 はっけん され、これを用 もち いた実験 じっけん を通 つう じて半減 はんげん 期 き が短 みじか く基本 きほん 的 てき に地球 ちきゅう 上 じょう には存在 そんざい しない人工 じんこう 放射 ほうしゃ 性 せい 元素 げんそ や超 ちょう ウラン元素 げんそ が作 つく られるようになった。さらにこの実験 じっけん を通 つう じて1938年 ねん には核分裂 かくぶんれつ が発見 はっけん され、人類 じんるい は原子力 げんしりょく エネルギーを手 て にすることになった。
元素 げんそ を表 あらわ すには元素 げんそ 記号 きごう が使 つか われ、これは原子 げんし や分子 ぶんし を表 あらわ すためにも用 もち いられる。例 たと えば、水 みず は元素 げんそ は酸素 さんそ Oと水素 すいそ Hから作 つく られH₂Oと表記 ひょうき される。これら元素 げんそ の表示 ひょうじ 方法 ほうほう はラヴォアジエ が命名 めいめい 法 ほう を提議 ていぎ した。元素 げんそ 記号 きごう はドルトン から始 はじ まり、多 おお くの原子 げんし 量 りょう 決定 けってい にも貢献 こうけん したイェンス・ベルセリウス (1779年 ねん - 1844年 ねん )によって当時 とうじ のラテン語 らてんご 名 めい の頭文字 かしらもじ から大文字 おおもじ を取 と り随時 ずいじ 2文字 もじ 以降 いこう から小文字 こもじ を取 と って組 く み合 あ わせる現行 げんこう の記法 きほう が提案 ていあん された[ 33] 。現在 げんざい はIUPAC によってIUPAC名 めい (英名 えいめい )と元素 げんそ 記号 きごう が管理 かんり されている。
新 しん 元素 げんそ の名称 めいしょう 及 およ び元素 げんそ 記号 きごう と暫定 ざんてい 名 めい と暫定 ざんてい 記号 きごう
編集 へんしゅう
新 しん 元素 げんそ の名称 めいしょう 及 およ び元素 げんそ 記号 きごう に対 たい しては2002年 ねん にIUPACからの勧告 かんこく で[ 34] [ 35] 、発見 はっけん 者 しゃ が名前 なまえ を提案 ていあん する権利 けんり を持 も ち、伝統 でんとう を守 まも るべく神話 しんわ (天体 てんたい )や、鉱物 こうぶつ など、地理 ちり 的 てき な場所 ばしょ 、元素 げんそ の性質 せいしつ 、科学 かがく 者 しゃ への献 けんじ 名 めい の何 いず れかによって命名 めいめい され、過去 かこ に別 べつ の元素 げんそ に対 たい して用 もち いられた名称 めいしょう (廃棄 はいき 名 めい )・元素 げんそ 記号 きごう は再 さい 利用 りよう すべきでないとされる。金属 きんぞく 元素 げんそ は-iumで終了 しゅうりょう すべきであるが、17周期 しゅうき の元素 げんそ は-ineで18周期 しゅうき の元素 げんそ は-onでそれぞれ終了 しゅうりょう すべきである。一方 いっぽう 、正式 せいしき 名 めい が未定 みてい な新 しん 元素 げんそ に対 たい しては暫定 ざんてい 名 めい と暫定 ざんてい 記号 きごう の命名 めいめい 規則 きそく がIUPACによって1978年 ねん より定 さだ められている(元素 げんそ の系統 けいとう 名 めい を参照 さんしょう )[ 36] [ 37] 。エキゾチック原子 げんし に対 たい する系統 けいとう 的 てき な命名 めいめい 法 ほう は存在 そんざい しないが、ミューオニウム (muonium、元素 げんそ 記号 きごう Mu)はIUPACで命名 めいめい されており、化合 かごう 物 ぶつ も合成 ごうせい され命名 めいめい されている[ 38] 。 他 た に元素 げんそ 記号 きごう を有 ゆう するエキゾチック原子 げんし にはポジトロニウム (positronium、元素 げんそ 記号 きごう Ps)がある。
様々 さまざま な元素 げんそ と不正確 ふせいかく な日本語 にほんご 表記 ひょうき
元素 げんそ 名 めい の日本語 にほんご 表記 ひょうき については『学術 がくじゅつ 用語 ようご 集 しゅう 化学 かがく 編 へん 』に定 さだ められている。原則 げんそく としてIUPAC名 めい を「化合 かごう 物 ぶつ 名 めい 日本語 にほんご 表記 ひょうき の原則 げんそく 」の「化合 かごう 物 ぶつ 名 めい の字 じ 訳 やく 標準 ひょうじゅん 表 ひょう 」の規則 きそく に従 したが いアルファベットの綴 つづ り字 じ を機械 きかい 的 てき にカタカナと置 お き換 か えて日本語 にほんご 化 か する(訳 わけ 字 じ )。それ故 こ 、必 かなら ずしも発音 はつおん に忠実 ちゅうじつ なカタカナ表記 ひょうき にはならない。また、学術 がくじゅつ 用語 ようご 集 しゅう の初版 しょはん 制定 せいてい 時 じ にすでに日本語 にほんご 化 か しているものと、すでに英語 えいご 以外 いがい の言語 げんご を基 もと に訳 わけ 字 じ された用語 ようご はそのまま固定 こてい するように定 さだ めたので、英語 えいご 以外 いがい の言語 げんご を語源 ごげん とする日本語 にほんご 表記 ひょうき も存在 そんざい する。次 つぎ に示 しめ す。なお、日本語 にほんご 表記 ひょうき されている元素 げんそ の中 なか にはフッ素 ふっそ (弗素 ふっそ )などのように漢字 かんじ 表記 ひょうき はあるものの、使用 しよう している漢字 かんじ が当用漢字 とうようかんじ (現在 げんざい の常用漢字 じょうようかんじ )に含 ふく まれていなかったために学術 がくじゅつ 用語 ようご 上 じょう ではカタカナ表記 ひょうき にしているものもある。
日本語 にほんご 表記 ひょうき
元素 げんそ 記号 きごう
英語 えいご (IUPAC名 めい )
ドイツ語 ご
ラテン語 らてんご
中国 ちゅうごく 語 ご
水素 すいそ
H
Hydrogen
Wasserstoff
Hydrogenium
氫
ヘリウム
He
Helium
Helium
Helium
氦
リチウム
Li
Lithium
Lithium
Lithium
鋰
ベリリウム
Be
Beryllium
Beryllium
Beryllium
鈹
ホウ素 ほうそ
B
Boron
Bor
Borium
硼
炭素 たんそ
C
Carbon
Kohlenstoff
Carbonium
碳
窒素 ちっそ
N
Nitrogen
Stickstoff
Nitrogenium
氮
酸素 さんそ
O
Oxygen
Sauerstoff
Oxygenium
氧
フッ素 ふっそ
F
Fluorine
Fluor
Fluorum
氟
ナトリウム
Na
Sodium
Natrium
Natrium
鈉
アルミニウム
Al
Aluminium
Aluminium
Aluminium
鋁
ケイ素 けいそ
Si
Silicon
Silicium
Silicium
硅
リン
P
Phosphorus
Phosphor
Phosphorus
磷
硫黄 いおう
S
Sulfur
Schwefel
Sulphur
硫
塩素 えんそ
Cl
Chlorine
Chlor
Chlorum
氯
カリウム
K
Potassium
Kalium
Kalium
鉀
チタン
Ti
Titanium
Titan
Titanium
鈦
クロム
Cr
Chromium
Chrom
Chromium
鉻
マンガン
Mn
Manganese
Mangan
Manganum
錳
鉄 てつ
Fe
Iron
Eisen
Ferrum
鐵 てつ
銅 どう
Cu
Copper
Kupfer
Cuprum
銅 どう
亜鉛 あえん
Zn
Zinc
Zink
Zincum
鋅
ヒ素 ひそ
As
Arsenic
Arsen
Arsenicum
砷
セレン
Se
Selenium
Selen
Selenium
硒
臭素 しゅうそ
Br
Bromine
Brom
Bromum
溴
ニオブ
Nb
Niobium
Niob
Niobium
鈮
モリブデン
Mo
Molybdenum
Molybdän
Molybdenum
鉬
銀 ぎん
Ag
Silver
Silber
Argentum
銀 ぎん
スズ
Sn
Tin
Zinn
Stannum
錫 すず
アンチモン
Sb
Antimony
Antimon
Stibium
銻
テルル
Te
Tellurium
Tellur
Tellurium
碲
ヨウ素 もと
I
Iodine
Iod
Iodum
碘
ランタン
La
Lanthanum
Lanthan
Lanthanum
鑭
プラセオジム
Pr
Praseodymium
Praseodym
Praseodymium
鐠
ネオジム
Nd
Neodymium
Neodym
Neodymium
釹
タンタル
Ta
Tantalum
Tantal
Tantalum
鉭
白金 はっきん
Pt
Platinum
Platin
Platinum
鉑
金 きむ
Au
Gold
Gold
Aurum
金 きむ
水銀 すいぎん
Hg
Mercury
Quecksilber
Hydrargentum
汞
鉛 なまり
Pb
Lead
Blei
Plumbum
鉛 なまり
ウラン
U
Uranium
Uran
Uranium
鈾
20世紀 せいき 前半 ぜんはん 、「宇宙 うちゅう には始 はじ まりがなく、宇宙 うちゅう の大 おお きさは無限 むげん だ」とほとんどの科学 かがく 者 しゃ によって信 しん じられていた時 とき に、ジョルジュ・ルメートル が、「宇宙 うちゅう は原始 げんし 的 てき 原子 げんし (primeval atom)の“爆発 ばくはつ ”で始 はじ まった」とするモデルを提唱 ていしょう した。ジョージ・ガモフ がその理論 りろん を発展 はってん させるが(ビッグバン理論 りろん )[ 39] 、この理論 りろん が提唱 ていしょう された当初 とうしょ 、この理論 りろん はほとんど誰 だれ からも信 しん じられなかった[ 39] 。1950年代 ねんだい でも支持 しじ 者 しゃ は少 すく なく、フレッド・ホイル からも激 はげ しい反論 はんろん がされ議論 ぎろん が起 お きたが、どちらの理論 りろん が正 ただ しいか判定 はんてい しようにも、天文 てんもん 観測 かんそく の世界 せかい で最先端 さいせんたん 施設 しせつ であり理論 りろん を塗 ぬ り替 か える役割 やくわり を果 は たしていたウィルソン山 やま 天文台 てんもんだい ですら、判定 はんてい に必要 ひつよう な観測 かんそく データは1920〜1930年代 ねんだい に集 あつ められた精度 せいど の低 ひく いものしか持 も っておらず[ 39] 、本当 ほんとう のところ一体 いったい どちらの理論 りろん に分 ぶん があるのか、観測 かんそく データに基 もと づいて判定 はんてい できるような状態 じょうたい ではなかった。将来 しょうらい 観測 かんそく を行 おこな うことで得 え られるであろう、より精度 せいど の高 たか いデータにこの議論 ぎろん の行方 ゆくえ がかかっているような状況 じょうきょう だった[ 39] 。
ところで、同 どう 理論 りろん でジョージ・ガモフは、初期 しょき の宇宙 うちゅう は全 すべ てが圧縮 あっしゅく され高密度 こうみつど だったうえに、超 ちょう 高 こう 温度 おんど だったとし、宇宙 うちゅう の膨張 ぼうちょう の始 はじ まりを一種 いっしゅ の熱 ねつ 核 かく 爆 ばく 弾 だん の火 ひ の玉 たま だと捉 とら え、創造 そうぞう の材料 ざいりょう が爆発 ばくはつ の場 ば で連鎖 れんさ 的 てき に起 お きる核 かく 反応 はんのう によって、現在 げんざい の宇宙 うちゅう に見 み られる様々 さまざま な元素 げんそ に転移 てんい したのだ、と説明 せつめい した[ 39] (これらの材料 ざいりょう のことをガモフは「アイレム (英語 えいご 版 ばん ) 」と呼 よ び、それらは陽子 ようし 、中性子 ちゅうせいし 、電子 でんし 、ガンマ線 がんません の高密度 こうみつど ガスなどだ、とした[ 39] )。従来 じゅうらい どおりの定常 ていじょう 宇宙 うちゅう 論 ろん を支持 しじ するフレッド・ホイルのほうは、ライバル理論 りろん であるビッグバン・モデルと競 きそ うためには、自分 じぶん の理論 りろん のほうも炭素 たんそ ・酸素 さんそ ・金 きむ ・鉄 てつ ・窒素 ちっそ ・ウラン・鉛 なまり などの元素 げんそ が存在 そんざい するに至 いた った起源 きげん を説明 せつめい しなければならない、ということを意識 いしき するようになり、ビッグバンが無 な くても元素 げんそ が創 そう 生 む されたと説明 せつめい することができることを示 しめ そうと、「星 ほし (天体 てんたい )ではありとあらゆる核種 かくしゅ 変換 へんかん が起 お こっている」とする考 かんが え方 かた を提唱 ていしょう した[ 39] 。ホイルはこの考 かんが え方 かた を支持 しじ する証拠 しょうこ を得 え るために1953年 ねん にカリフォルニア工科 こうか 大学 だいがく ケロッグ放射線 ほうしゃせん 研究所 けんきゅうじょ (Kellogg Radiation Lab[ 40] )に赴 おもむ いて、所長 しょちょう のウィリー・ファウラーの協力 きょうりょく で、泡 あわ 箱 ばこ を用 もち いて3個 こ のヘリウム原子核 げんしかく の衝突 しょうとつ による実験 じっけん を成功 せいこう させたのであった[ 39] 。
だが、1965年 ねん に宇宙 うちゅう マイクロ波 は 背景 はいけい 放射 ほうしゃ が発見 はっけん され、その解釈 かいしゃく や説明 せつめい のための議論 ぎろん が科学 かがく 者 しゃ らの間 あいだ で進 すす められるようになると、徐々 じょじょ にビッグバン理論 りろん のほうを支持 しじ する科学 かがく 者 しゃ の割合 わりあい が増 ふ えてゆくことになり、定常 ていじょう 宇宙 うちゅう 論 ろん のほうは徐々 じょじょ に支持 しじ を失 うしな ってゆくことになった(その後 ご も様々 さまざま な観測 かんそく データが出 だ されるたびに、ビッグバン理論 りろん のほうはますます支持 しじ 者 しゃ を増 ふ やし、ほとんどの科学 かがく 者 しゃ から支持 しじ されるようになった)。
ビッグバン理論 りろん では、すべての根元 ねもと 物質 ぶっしつ はビッグバン開始 かいし から約 やく 10分間 ふんかん で創造 そうぞう された、とされる。
(現在 げんざい 、ほとんどの科学 かがく 者 しゃ から支持 しじ されていると言 い ってもいい)ビッグバン理論 りろん では、宇宙 うちゅう 開闢 かいびゃく では非常 ひじょう に高 たか いエネルギーの解放 かいほう が起 お こり、ビッグバンと呼 よ ばれる大 だい 爆発 ばくはつ とともに急速 きゅうそく な膨張 ぼうちょう を起 お こしながら温度 おんど を下 さ げ、エネルギーが転移 てんい してすべての物質 ぶっしつ が生 う まれた、というのである。
近年 きんねん の物理 ぶつり 学者 がくしゃ の説明 せつめい によると、ビッグバン発生 はっせい 直後 ちょくご は高 こう エネルギーのみで宇宙 うちゅう は満 み たされていたが、1秒 びょう 経過 けいか 後 ご には温度 おんど が1000億 おく 度 ど 程度 ていど まで下 さ がり、陽子 ようし と中性子 ちゅうせいし が生成 せいせい され、この時点 じてん では電子 でんし やニュートリノと反応 はんのう を起 お こして陽子 ようし と中性子 ちゅうせいし は双方向 そうほうこう に変化 へんか しつつ平衡 へいこう 状態 じょうたい にあったとされる。しかしこの環境 かんきょう 下 か では、陽子 ようし と電子 でんし が反応 はんのう するにはエネルギーを要 よう するのに対 たい し、中性子 ちゅうせいし は電子 でんし と反 はん 電子 でんし ニュートリノを放出 ほうしゅつ して容易 ようい に陽子 ようし へと変化 へんか した[ 42] 。そのため、膨張 ぼうちょう による温度 おんど 低下 ていか とともに相対 そうたい 的 てき に陽子 ようし の数 かず が多 おお くなってゆく。
100秒 びょう 程 ほど が経 た ち温度 おんど が100億 おく 度 ど 前後 ぜんこう まで下 さ がると、陽子 ようし と中性子 ちゅうせいし が結 むす びつき始 はじ め、重水素 じゅうすいそ の原子核 げんしかく が生成 せいせい され始 はじ め、さらに質量 しつりょう 数 すう 4のヘリウム4 Heへ原子核 げんしかく 反応 はんのう を起 お こす。ヘリウム原子核 げんしかく を構成 こうせい すると中性子 ちゅうせいし は安定 あんてい し崩壊 ほうかい は起 お こらなくなる。この合成 ごうせい が進行 しんこう した頃 ころ 、陽子 ようし と中性子 ちゅうせいし の個数 こすう 比 ひ は7対 たい 1であったため陽子 ようし が大量 たいりょう に残 のこ り、これが水素 すいそ となった。宇宙 うちゅう がさらに冷 ひ えて電子 でんし を取 と り込 こ み元素 げんそ となった際 さい 、この陽子 ようし と中性子 ちゅうせいし の差 さ から、水素 すいそ とヘリウムの個数 こすう 比 ひ はほぼ12対 たい 1となった。これらビッグバンにおける元素 げんそ 生成 せいせい は約 やく 10分間 ふんかん で終了 しゅうりょう したと言 い われる。
ただし、ビッグバンで生成 せいせい された元素 げんそ には、微量 びりょう のリチウムも存在 そんざい したと考 かんが えられる。高 こう エネルギー下 か で元素 げんそ が生成 せいせい される際 さい 、若干 じゃっかん ながら三 さん 重水素 じゅうすいそ 3 Hやヘリウム3 3 Heが生 しょう じ、これが4 Heと核 かく 融合 ゆうごう することがあり、これが質量 しつりょう 数 すう 7のリチウムの同位 どうい 体 たい となった可能 かのう 性 せい が指摘 してき された。宇宙 うちゅう 誕生 たんじょう 直後 ちょくご に生 う まれた非常 ひじょう に古 ふる い第 だい 一 いち 世代 せだい の星 ほし を観測 かんそく すると、恒星 こうせい 内 ない での核 かく 融合 ゆうごう や外部 がいぶ からの元素 げんそ 取 と り込 こ みが無 な いため重 じゅう 元素 げんそ はほとんど観測 かんそく されないが、有意 ゆうい なリチウムの含有 がんゆう が確認 かくにん された例 れい があり、これはビッグバンで生成 せいせい された元素 げんそ だと考 かんが えられている。ただし、理論 りろん と観測 かんそく ではその量 りょう に差 さ があり、ビッグバン理論 りろん には修正 しゅうせい が求 もと められる可能 かのう 性 せい がある。
陽子 ようし -陽子 ようし 連鎖 れんさ 反応 はんのう 模 も 式 しき 図 ず 。合計 ごうけい 4つの陽子 ようし (赤 あか 玉 だま -Proton)が3段階 だんかい の衝突 しょうとつ を繰 く り返 かえ し、陽子 ようし 2と中性子 ちゅうせいし (黒 くろ 玉 だま -Neutron)2によるヘリウム原子核 げんしかく となる。その過程 かてい で2個 こ の電子 でんし (白玉 しらたま -Positron)と各 かく 2度 ど のニュートリノ (ν にゅー -Neutrino)とガンマ線 がんません (γ がんま -Gamma Ray)を発 はっ する。
ほとんどが水素 すいそ かヘリウムであったビッグバンで生成 せいせい された元素 げんそ は、そのままでは宇宙 うちゅう の中 なか に散 ち ってしまっていたが、やがて密度 みつど が高 たか い領域 りょういき で集 あつ まり、高温 こうおん 高 だか 圧 あつ となった部分 ぶぶん が第 だい 一 いち 世代 せだい の恒星 こうせい となり核 かく 融合 ゆうごう 反応 はんのう が始 はじ まった。最初 さいしょ の恒星 こうせい は、ビッグバンから2億 おく 年 ねん 後 ご に生 う まれたと考 かんが えられている。恒星 こうせい の中 なか では陽子 ようし -陽子 ようし 連鎖 れんさ 反応 はんのう によって水素 すいそ (陽子 ようし )がヘリウムへ核 かく 融合 ゆうごう を起 お こし、これによって生 しょう じるエネルギーで輝 かがや く星 ほし を主 しゅ 系列 けいれつ 星 ぼし という[ 44] 。なお、恒星 こうせい 内 ない で炭素 たんそ ・窒素 ちっそ ・酸素 さんそ を媒介 ばいかい に陽子 ようし がヘリウムへ変化 へんか するCNOサイクル もエネルギー発生 はっせい のメカニズムであるが、この反応 はんのう では炭素 たんそ などの元素 げんそ は基本 きほん 的 てき に増加 ぞうか しない。
恒星 こうせい は水素 すいそ を消費 しょうひ しながらエネルギーを生 しょう じるが、それが進 すす むと中心 ちゅうしん 核 かく にはヘリウムが溜 た まり、水素 すいそ の核 かく 融合 ゆうごう 反応 はんのう は核 かく の周辺 しゅうへん 部 ぶ で行 おこな われるようになる。そしてある程度 ていど のヘリウムが蓄積 ちくせき され温度 おんど が1億 おく 度 ど に達 たっ すると中心 ちゅうしん 核 かく でヘリウム3個 こ の核 かく 融合 ゆうごう [ 44] であるトリプルアルファ反応 はんのう が起 お こり、炭素 たんそ が生成 せいせい される(ヘリウム燃焼 ねんしょう 過程 かてい [ 44] )。比較的 ひかくてき 軽 かる い星 ほし では膨張 ぼうちょう し赤色 あかいろ 巨星 きょせい となり、やがて星 ほし 間 あいだ ガスとして元素 げんそ を放出 ほうしゅつ しながら白色 はくしょく 矮星 となる。
質量 しつりょう が太陽 たいよう の3倍 ばい 程度 ていど までの恒星 こうせい では、核 かく 融合 ゆうごう 反応 はんのう で生成 せいせい される元素 げんそ は炭素 たんそ 止 と まりだが、より大 おお きな星 ほし では核 かく に溜 た まった炭素 たんそ や酸素 さんそ を使 つか う反応 はんのう (炭素 たんそ 燃焼 ねんしょう 過程 かてい や酸素 さんそ 燃焼 ねんしょう 過程 かてい )へ進 すす み[ 44] 、ネオンやケイ素 けいそ 等 とう を経 へ て最終 さいしゅう 的 てき に鉄 てつ までが生成 せいせい される。安定 あんてい した鉄 てつ の原子核 げんしかく は電気 でんき 反発 はんぱつ 力 りょく が強 つよ く核 かく 融合 ゆうごう を起 お こさないため、恒星 こうせい の中心 ちゅうしん 部 ぶ ではエネルギー発生 はっせい が止 と まる。この段階 だんかい で恒星 こうせい は鉄 てつ を中心 ちゅうしん に外側 そとがわ に段々 だんだん と軽 かる い元素 げんそ が多層 たそう を成 な し、たまねぎ のような構造 こうぞう となる。これが超新星 ちょうしんせい 爆発 ばくはつ を経 へ て放出 ほうしゅつ される。
中性子 ちゅうせいし 捕獲 ほかく による元素 げんそ 合成 ごうせい
編集 へんしゅう
キセノン を起点 きてん にした中性子 ちゅうせいし 捕獲 ほかく (s過程 かてい 及 およ びr過程 かてい )の例 れい 。
恒星 こうせい 内 ない の核 かく 融合 ゆうごう 反応 はんのう では、鉄 てつ より重 おも い元素 げんそ はほとんど生成 せいせい されず、ごくわずか生 しょう じてもすぐに分解 ぶんかい してしまう。これらは、原子核 げんしかく が電気 でんき 反発 はんぱつ 力 りょく を生 しょう じない中性子 ちゅうせいし を獲得 かくとく するという全 まった く別 べつ の方法 ほうほう で生 しょう じるが、そのような反応 はんのう が可能 かのう となる場所 ばしょ は限 かぎ られる。ひとつは、既 すで に鉄 てつ などの重 おも い元素 げんそ を含 ふく む第 だい 二 に 世代 せだい の恒星 こうせい 内 ない であり、もうひとつは超新星 ちょうしんせい 爆発 ばくはつ の瞬間 しゅんかん である。
太陽 たいよう よりやや重 おも い程度 ていど の恒星 こうせい (中 ちゅう 質量 しつりょう 星 ぼし )では、中心 ちゅうしん 部 ぶ の核 かく 融合 ゆうごう で生成 せいせい される元素 げんそ は炭素 たんそ までに止 と まる。このような星 ほし の晩年 ばんねん には、メカニズムははっきり分 わ かっていないが剥 む き出 だ しの中性子 ちゅうせいし が生 しょう じ、第 だい 二 に 世代 せだい 星 ぼし が元々 もともと 含 ふく んでいた重 じゅう 元素 げんそ がこれを捕獲 ほかく する。すると、同 おな じ陽子 ようし の数 かず ながら中性子 ちゅうせいし 数 すう が多 おお い同位 どうい 体 たい となる。これが不安定 ふあんてい な同位 どうい 体 たい となると、中性子 ちゅうせいし がベータ崩壊 ほうかい を起 お こして陽子 ようし に変化 へんか し、原子 げんし 番号 ばんごう がひとつ多 おお い元素 げんそ へ変化 へんか する。この反応 はんのう が繰 く り返 かえ され、鉄 てつ よりも重 おも い元素 げんそ が生成 せいせい される。中 ちゅう 質量 しつりょう 星 ぼし の内部 ないぶ では比較的 ひかくてき 中性子 ちゅうせいし の数 かず が少 すく なく、捕獲 ほかく とベータ崩壊 ほうかい が順次 じゅんじ 繰 く り返 かえ される。これは「遅 おそ い過程 かてい ・s過程 かてい 」(s-プロセス、sはslowの略 りゃく )と呼 よ ばれる。この過程 かてい において、中性子 ちゅうせいし 捕獲 ほかく は数 すう 万 まん 年 ねん から数 すう 十 じゅう 万 まん 年 ねん に1個 いっこ であり、ビスマスまでの重 じゅう 元素 げんそ を生成 せいせい すると考 かんが えられる[ 44] 。
「遅 おそ い過程 かてい 」に対 たい し、中性子 ちゅうせいし 数 すう が多 おお くベータ崩壊 ほうかい の機会 きかい を与 あた えない環境 かんきょう が、超新星 ちょうしんせい 爆発 ばくはつ である。太陽 たいよう の10倍 ばい 以上 いじょう の質量 しつりょう を持 も つ恒星 こうせい では、その末期 まっき になると中心 ちゅうしん 部 ぶ に中性子 ちゅうせいし のかたまりが形成 けいせい され、やがて重力 じゅうりょく 崩壊 ほうかい による大 だい 規模 きぼ な爆発 ばくはつ を起 お こして終焉 しゅうえん を迎 むか える。このII型 がた に分類 ぶんるい される超新星 ちょうしんせい 爆発 ばくはつ の際 さい も中性子 ちゅうせいし が発生 はっせい し、恒星 こうせい 内 ない の元素 げんそ に中性子 ちゅうせいし 捕獲 ほかく を起 お こす。しかもこれは数 すう 秒間 びょうかん という短 みじか い時間 じかん に大量 たいりょう の中性子 ちゅうせいし を供給 きょうきゅう し、不安定 ふあんてい な同位 どうい 体 たい にベータ崩壊 ほうかい を起 お こす暇 ひま を与 あた えず、質量 しつりょう 数 すう をどんどん増 ふ やす合成 ごうせい を行 おこな う。そのため、高 こう 質量 しつりょう 数 すう となった同位 どうい 体 たい は宇宙 うちゅう 空間 くうかん へ放出 ほうしゅつ された後 のち に、崩壊 ほうかい すると原子 げんし 番号 ばんごう が高 たか い元素 げんそ へ変換 へんかん される。これは「早 はや い過程 かてい ・r過程 かてい 」(r-プロセス、rはrapidの略 りゃく )と呼 よ ばれる。この過程 かてい では、観測 かんそく からウランより重 おも いカリホルニウムの生成 せいせい が確認 かくにん されている[ 44] 。しかしこのメカニズムも不明 ふめい な点 てん が多 おお い。
過程 かてい の詳細 しょうさい は判明 はんめい していないが、他 ほか にも元素 げんそ 合成 ごうせい を起 お こす宇宙 うちゅう の現象 げんしょう がある。質量 しつりょう が太陽 たいよう 程度 ていど の恒星 こうせい が中性子星 ちゅうせいしせい と連 れん 星 ぼし になっている場合 ばあい 、その質量 しつりょう が太陽 たいよう の約 やく 1.4倍 ばい になるとIa型 がた 超新星 ちょうしんせい 爆発 ばくはつ を起 お こし、重 おも い元素 げんそ が生成 せいせい される可能 かのう 性 せい が指摘 してき されている[ 46] 。
また、中性子星 ちゅうせいしせい 同士 どうし が衝突 しょうとつ した際 さい にも元素 げんそ 合成 ごうせい が生 しょう じるとの指摘 してき もある。恒星 こうせい を舞台 ぶたい に元素 げんそ 合成 ごうせい する理論 りろん だけでは説明 せつめい できなかった地球 ちきゅう 上 じょう に存在 そんざい する金 かね や白金 はっきん などの量 りょう について、イギリスのレスター大学 だいがく とスイスのバーゼル大学 だいがく の協同 きょうどう チームはスーパーコンピュータ を用 もち いて試算 しさん し、中性子星 ちゅうせいしせい 同士 どうし が衝突 しょうとつ することで生成 せいせい ・放出 ほうしゅつ される説 せつ を発表 はっぴょう した[ 47] 。
元素 げんそ の分布 ぶんぷ には偏 かたよ りがあり、その存在 そんざい 比 ひ は範囲 はんい によって大 おお きく異 こと なる。この比率 ひりつ 構成 こうせい は元素 げんそ 構成 こうせい 比 ひ と呼 よ ばれる。
スース・ユーリー図表 ずひょう
宇宙 うちゅう の元素 げんそ 構成 こうせい 比 ひ は、宇宙 うちゅう 論 ろん により推定 すいてい され、隕石 いんせき 分析 ぶんせき や星 ほし の光 ひかり のフラウンホーファー線 せん 解析 かいせき および宇宙 うちゅう 線 せん 調査 ちょうさ など天文学 てんもんがく 的 てき 観測 かんそく により裏付 うらづ けられる。ただし宇宙 うちゅう の大 おお きさが確定 かくてい していない現在 げんざい では、各 かく 元素 げんそ の絶対 ぜったい 量 りょう を決定 けってい できず、存在 そんざい 比 ひ のみが推計 すいけい されている。これは1956年 ねん にスース・ユーリー図表 ずひょう として発表 はっぴょう され、1968年 ねん にデータの更新 こうしん を受 う けている。これによると、ビッグバンで生成 せいせい された水素 すいそ に次 つ いでヘリウムの存在 そんざい 比 ひ が多 おお く、それに比 くら べてリチウム、ベリリウム、ホウ素 ほうそ の比率 ひりつ は極端 きょくたん に低 ひく い。炭素 たんそ 以下 いか はほぼ原子 げんし 番号 ばんごう の増加 ぞうか とともに比率 ひりつ が下 さ がってゆく傾向 けいこう を持 も つが、特徴 とくちょう 的 てき な部分 ぶぶん は原子 げんし 番号 ばんごう 偶数 ぐうすう の元素 げんそ が隣 とな り合 あ う奇数 きすう の元素 げんそ よりも存在 そんざい 比 ひ が多 おお いところにある。
また中性子 ちゅうせいし 捕獲 ほかく による元素 げんそ 合成 ごうせい では、原子核 げんしかく に存在 そんざい する数 かず によって安定 あんてい する中性子 ちゅうせいし の魔法 まほう 数 すう が影響 えいきょう を及 およ ぼす。これは中性子 ちゅうせいし 数 すう が50, 82, 126等 とう になると、さらに中性子 ちゅうせいし を捕獲 ほかく して原子 げんし 量 りょう を高 たか める反応 はんのう が鈍 にぶ くなるもので、結果 けっか 的 てき にこれらの中性子 ちゅうせいし 数 すう を持 も つストロンチウム(陽子 ようこ :中性子 ちゅうせいし =38:50)、バリウム(56:82)、鉛 なまり (82:126)元素 げんそ が比較的 ひかくてき 多 おお くなる。
地球 ちきゅう 全体 ぜんたい の元素 げんそ 構成 こうせい は、コアやマントルを直接 ちょくせつ 調査 ちょうさ できないため、隕石 いんせき (コアとしての隕鉄 、マントルとしてのアコンドライト )の分析 ぶんせき や地震 じしん 波 は から各層 かくそう の弾性 だんせい 率 りつ ・密度 みつど 等 ひとし の解析 かいせき を組 く み合 あ わせて推計 すいけい される。これによると存在 そんざい 比 ひ で酸素 さんそ が最 もっと も多 おお く、宇宙 うちゅう に多 おお い水素 すいそ やヘリウムの比率 ひりつ は低 ひく い。金属 きんぞく 類 るい も多 おお く、ケイ素 けいそ 、マグネシウム、鉄 てつ などが上位 じょうい を占 し める。なお、硫黄 いおう は硫化 りゅうか 鉄 てつ 状 じょう で広範囲 こうはんい に分散 ぶんさん しているため、存在 そんざい 比 ひ がはっきり分 わ かっていない。
地殻 ちかく を構成 こうせい する主 しゅ たる元素 げんそ は、古典 こてん 的 てき な研究 けんきゅう 成果 せいか として質量 しつりょう 比 ひ で示 しめ されるクラーク数 すう が広 ひろ く知 し られている。酸化 さんか 物 ぶつ として地殻 ちかく に、水 みず として水圏 すいけん に、そしてガスとして大気圏 たいきけん に存在 そんざい する酸素 さんそ が全 ぜん 球 たま の存在 そんざい 比 ひ と同 おな じく最 もっと も多 おお い。違 ちが いはマグネシウムやニッケルが少 すく なく、水素 すいそ やナトリウムおよびアルミニウムが多 おお い点 てん がある。
人間 にんげん の体 からだ を構成 こうせい する元素 げんそ は、水 みず をつくる水素 すいそ と酸素 さんそ が圧倒的 あっとうてき に多 おお い。その存在 そんざい 比 ひ は海水 かいすい との相関 そうかん 性 せい が指摘 してき されている。ただし、唯一 ゆいいつ の例外 れいがい はリン であり、また人体 じんたい は微量 びりょう ながら酵素 こうそ の活性 かっせい に必要 ひつよう な微量 びりょう 元素 げんそ が使 つか われている。
^ 例 たと えば、「図解 ずかい 入門 にゅうもん よくわかる最新 さいしん 元素 げんそ の基本 きほん と仕組 しく み」。「四 よん 元素 げんそ 論 ろん 」をアリストテレス に帰着 きちゃく させ、アリストテレスを批判 ひはん している。
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^ ただしボイルの定義 ていぎ は、元素 げんそ と単体 たんたい の区分 くぶん が不明瞭 ふめいりょう であった。
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