分子ぶんしモデル

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（分子ぶんし模型もけいから転送てんそう）
1億おく倍ばいの分子ぶんし模型もけいで表あらわした液体えきたいの水みず

分子ぶんしモデル（ぶんしモデル、英えい: molecular model）とは、原子げんしの幾何きか学がく的てき配列はいれつから推定すいていされる分子ぶんし構造こうぞうのこと。近年きんねんでは分子ぶんし構造こうぞうが詳くわしく分わかるようになったため、3次元じげん的てきに造形ぞうけいしたものを視覚しかく化かして立体りったい化学かがくを理解りかいする助たすけのために用もちいられるモデル、模型もけいも意味いみするようになった[1]。分子ぶんしの立体りったい的てきな構造こうぞうを玉たまや棒ぼうを用もちいて表あらわしたものは特とくに分子ぶんし模型もけい（ぶんしもけい、英えい: molecular graphics）、原子げんし模型もけい（げんしもけい）と呼よばれる[1]。分子ぶんし模型もけいは高等こうとう・中等ちゅうとう教育きょういくや科学かがく入門にゅうもん教育きょういくにおいて活用かつようされ、大おおきな教育きょういく効果こうかがあることがわかっている[2]。

概要がいよう[編集へんしゅう]

最もっとも早はやい原子げんし・分子ぶんし模型もけいはジョン・ドルトンが1810年ねんごろに使つかった、原子げんしを模もした木きの玉たまであるとされている[3]。その後ご、有機ゆうき立体りったい化学かがくの研究けんきゅうに分子ぶんし模型もけいが重要じゅうような役割やくわりを演えんずるようになった[4]。分子ぶんし模型もけいの中なかには結晶けっしょう構造こうぞう模型もけいとして、結晶けっしょう学がくの理解りかいに使つかわれるものもある[4]。分子ぶんし模型もけいには大おおきく2種類しゅるいがあり、原子げんしの位置いちと結合けつごうの状態じょうたいを正確せいかくに表あらわすだけものと、電子でんし雲くもの大おおきさまで表あらわすようにしたものがある[5]。

作成さくせいするためには樹脂じゅしなどでできた部品ぶひんを手てで組くみ合あわせたり、コンピューター上じょうで描画びょうがしたり、計算けいさん化学かがくやX線せん結晶けっしょう構造こうぞう解析かいせきなどの手法しゅほうで得えられた構造こうぞうをもとに視覚しかく化かしたりする。

単体たんたいや無機むき塩しおの場合ばあいも含ふくむ結晶けっしょう構造こうぞうについて分子ぶんしモデルに相当そうとうするものは結晶けっしょう構造こうぞうモデルまたは結晶けっしょう構造こうぞう模型もけいと呼よばれ、分子ぶんしモデルと同様どうようの形式けいしきで表あらわされる。

当初とうしょは大学だいがくや高校こうこうの化学かがくの授業じゅぎょうで用もちいられる程度ていどだったが、1億おく倍ばい実体じったい積分せきぶん子こ模型もけいを発泡はっぽうスチロール球だまで作つくる方法ほうほうが開発かいはつされてから、急速きゅうそくに初等しょとう科学かがく教育きょういくの中なかに普及ふきゅうし、小学校しょうがっこう低てい学年がくねんの科学かがく入門にゅうもん教育きょういくでも大おおきな成果せいかを出だすまでになった[2][6]。

表現ひょうげん形式けいしき[編集へんしゅう]

針金はりがねモデル[編集へんしゅう]

イブプロフェンの針金はりがねモデル。
  • 結合けつごうのみを針金はりがね状じょうにあらわしたモデル。球たまは用もちいない。

分子ぶんしの立体りったい構造こうぞうをなるべく正確せいかくに表あらわすためにチューリッヒ大学だいがくのS.Dreiding(en:André Dreiding)が1959年ねんに考案こうあんし、スイスの企業きぎょうが特許とっきょを取とって販売はんばいした。ステンレスの棒ぼうと管かんの組くみ合あわせでできている[5]。C-C結合けつごうの結合けつごう距離きょりが正確せいかくに出でるように工夫くふうされていた。この模型もけいには水素すいそを表あらわす部品ぶひんはなかった[7]。いろいろな分子ぶんし模型もけいを組くみ立たてるには多た種類しゅるいの部品ぶひんが必要ひつようで高価こうかであるのが欠点けってんだった。アメリカのL.F.Fieser(en:Louis Frederick Fieser)は1963年ねんにプラスチック製せいの模型もけいを作つくり、販売はんばいした[8]。

球たま棒ぼうモデル[編集へんしゅう]

プロリンの球たま棒ぼうモデル
  • 原子げんしを球たま、結合けつごうを棒ぼうであらわしたモデル。棒ぼうの長ながさは結合けつごう長ちょうを反映はんえいする。球たまの大おおきさは原子げんし半径はんけいを反映はんえいしない。

1865年ねんにドイツのホフマンが発明はつめいした[9]。日本にっぽんでは、1966年ねんに畑はた一夫かずお[注ちゅう 1]らの考案こうあんで日ノ本ひのもと合成ごうせい樹脂じゅし製作所せいさくしょ[注ちゅう 2]で製作せいさくされ、HGS分子ぶんし模型もけいの名なで丸善まるぜんが販売はんばいした[8]。このモデルでは従来じゅうらいの球たま棒ぼうモデルで原子げんしを丸まるい玉たまで表あらわしていたものを多面体ためんたいに変更へんこうして結合けつごう角かくが正確せいかくに模型もけい化かでき、結晶けっしょう模型もけいを作つくることもできた[8]。

空間くうかん充填じゅうてんモデル（スチュアート模型もけい）[編集へんしゅう]

水分すいぶん子この実じつ体積たいせきモデル。

1934年ねんにドイツの実験じっけん物理ぶつり学者がくしゃヘルベルト・アーサー・スチュアート(en:Herbert Arthur Stuart（1899-1974年ねん）)[注ちゅう 3]が発明はつめいした模型もけい[11]。発明はつめい者しゃの名前なまえを取とってスチュアート模型もけいとも呼よばれる。「CPKモデル」は1965年ねんにコリー（R.Corey）とポーリング（L.Pauling）が模型もけいを作つくり、それを詳くわしい計算けいさんで改良かいりょうしたコルタン（W.Koltum）の頭文字かしらもじをとったものである[12]。「空間くうかん充填じゅうてん分子ぶんし模型もけい」はSpace Fulling Molecular Modelの直訳ちょくやくである[12]。初等しょとう科学かがく教育きょういくの分野ぶんやでは子こどもたちがイメージしやすい用語ようごとして実体じったい積分せきぶん子こ模型もけい[注ちゅう 4]と呼よぶことが主流しゅりゅうである[12]。

それまでの模型もけいが結合けつごう角かくと結合けつごう距離きょりだけ正確せいかくに作つくり、分子ぶんしの骨格こっかくだけを表あらわしていたのに対たいして、分子ぶんし骨格こっかくを取とり巻まく電子でんし雲くもも表あらわそうとした模型もけいである。原子げんしをファンデルワールス半径はんけいの大おおきさにとり、結合けつごう距離きょりに応おうじて原子げんし球だまの一部いちぶを切きり落おとしたものをつないで分子ぶんしの形かたちに組くみ立たてる[14]。

ORTEP図ず[編集へんしゅう]

Bi2TeO5のORTEP図ず。
  • X線せん結晶けっしょう構造こうぞう解析かいせきの結果けっかを表あらわすために用もちいられる。原子核げんしかくが一定いってい以上いじょうの確かく率りつで存在そんざいする位置いちを表あらわす熱ねつ振動しんどう楕円だえん球だまを描えがき、楕円だえん球だまを結合けつごうを表あらわす棒ぼうでつないだもの。

ORTEPとは、Oak Ridge Thermal Ellipsoid Program（オークリッジ熱ねつ楕円だえん体たいプログラム）の頭文字かしらもじをとったもの。イギリスの結晶けっしょう学者がくしゃ D.W.J.Cruickshank（1924-2007年ねん）（en:Durward William John Cruickshank）が1956年ねんに考案こうあんした。en:Thermal ellipsoid

歴史れきし[編集へんしゅう]

古代こだいギリシャ[編集へんしゅう]

古代こだいギリシャのデモクリトス(紀元前きげんぜん460年ねん頃ごろ-370年ねんごろ)は、すべてのものはこれ以上いじょう分わけられないもの＝アトモンなもの＝アトムと、アトムが動うごきまわる空間くうかん＝真空しんくうでできていると主張しゅちょうした。彼かれの原子げんしモデルは「甘あまいものは丸まるっこい原子げんしでできていて、辛つらいものはとげのある原子げんしでできている」などと想像そうぞうした[15]。

近代きんだい的てき原子げんし論ろんの始はじまり[編集へんしゅう]

ドルトンの原子げんし・分子ぶんしモデル図ず（1808年ねん）。
ドルトンが作つくった原子げんし模型もけい（1810年ねん）

1808年ねんにイギリスのジョン・ドルトン（1766-1844年ねん）は『科学かがく哲学てつがくの新しん体系たいけい』を出版しゅっぱんし、その中なかにある丸まるい円えんで表あらわした原子げんしとそれらが結合けつごうした物質ぶっしつの図ずを載のせた。ドルトンは1810年ねんごろに友人ゆうじんのエドワードに頼たのんで、直径ちょっけい1インチほどのたくさんの木製もくせいの球たまを作つくってもらい、それを使つかって私わたし塾じゅくで子こどもたちに原子げんしを教おしえるのに使つかった。この木製もくせい球だまはいくつかの穴あなが開ひらいており、針金はりがねなどを通とおしてつなぐこともできた[16]。ドルトンはこの模型もけいを使つかって自分じぶんの考かんがえた原子げんしでできた物質ぶっしつを教おしえたと考かんがえられている[15]。ドルトンの原子げんし模型もけいはマンチェスター科学かがく産業さんぎょう博物館はくぶつかん（Museum of Science and Indutry）に展示てんじされているものと、科学かがく博物館はくぶつかんグループ国立こくりつコレクションセンター（the Science Museum Group National Collections Centre）に保管ほかんされているものがあるが、それを見みると直径ちょっけい29mmと19mmの球たまで、短みじかい金属きんぞく棒ぼうでつなげられている[17]。

有機ゆうき化合かごう物ぶつ研究けんきゅうの時代じだい[編集へんしゅう]

ホフマンの分子ぶんし模型もけい。これはメタンの模型もけい。（1860年ねん）

ドルトンの後のち、1800年代ねんだい後半こうはんごろから、科学かがく者しゃたちは炭素たんそを含ふくむ物質ぶっしつに目めを付つけて分子ぶんしの構造こうぞうについて研究けんきゅうし、様々さまざまな仮説かせつが発表はっぴょうされるようになった。そしてその仮説かせつを発表はっぴょうするときに分子ぶんし模型もけいが作つくられるようになった[18]。1865年ねんにドイツのホフマン（Augst Wilhelm von Hofmann : 1818-1892年ねん）[注ちゅう 5]が、はじめて「球たま棒ぼう型がた分子ぶんし模型もけい」を作つくった[9]。

この模型もけいでは黒くろい玉たまが炭素たんそで白しろ文字もじでCと書かかれ、その他たの白しろい玉たまにはH、CL、Oなどと書かかれている。この玉たまはクロッケーボール[注ちゅう 6]で作つくられ、直径ちょっけい92mm、重おもさ450gの木製もくせいであり、かなり大おおきなものである。これは大だい英えい王おう認みとめ研修けんしゅう所しょ（ロイヤル・インスティチューション）で1865年ねんに一般いっぱん向むけの科学かがく講演こうえんをする際さいに聴衆ちょうしゅうに見みせるために作つくられた[20]。

オランダのファントホッフ（Van't Hoff : 1852-1911年ねん）は、1874年ねんにホフマンの平面へいめん的てき分子ぶんし模型もけいとは違ちがう正せい四よん面体めんていや三さん角錐かくすいでできている分子ぶんし模型もけいを作つくった[21]。これはメタンCH4は正せい四よん面体めんていの中央ちゅうおうの炭素たんそ原子げんしに対たいして4つの角かくに水素すいそ原子げんしが立体りったい的てきに位置いちするという考かんがえを模型もけいにしたものだった。ファントホッフは構造こうぞう式しきを立体りったい的てきに考かんがえた初はじめての人ひとだった[22]。

原子げんしの大おおきさが分わかった時代じだい[編集へんしゅう]

ポーリング 1941年ねん。分子ぶんし模型もけいを扱あつかっている。

1911年ねんにイギリスのブラッグ（William.L.Bragg : 1890-1971年ねん）は結晶けっしょうにX線せんを当あててその回折かいせつ像ぞうから、原子げんしの並ならび方かたや原子げんしの大おおきさを明あきらかにした[23]。1926年ねんにはゴールドシュミット（Victor Moritz Goldschmidt : 1888-1947年ねん）がイオン半径はんけい表ひょうを発表はっぴょうした。さらに気体きたい分子ぶんしが衝突しょうとつして跳はね返かえる時ときの最短さいたん接近せっきん距離きょりから「気体きたい衝突しょうとつ半径はんけい」（ファンデルワールス半径はんけい）が求もとまり、分子ぶんし状態じょうたいの原子げんしの大おおきさも研究けんきゅうできるようになった。1932年ねんにアメリカのライナス・ポーリング（Linus Pauling : 1901-1994年ねん）はファンデルワールス半径はんけいと共有きょうゆう結合けつごう半径はんけいを量子力学りょうしりきがくを用もちいた化学かがく結合けつごう論ろんで導みちびき出だし、ファンデルワールス半径はんけいを原子げんしの大おおきさの基本きほんとして考かんがえ、原子げんしの結合けつごうを考かんがえた。これが原子げんし・分子ぶんし模型もけいを作つくる作つくる人達ひとたちに受うけ継つがれた[24]。

実体じったい積分せきぶん子こ模型もけいの誕生たんじょう[編集へんしゅう]

ポーリングは自分じぶんの研究けんきゅう成果せいかを用もちいて、絵えの上手じょうずな友人ゆうじんの科学かがく者しゃに、自分じぶんの持もっている原子げんし・分子ぶんしのイメージを絵えに描えがいてもらい、たくさんの実体じったい積分せきぶん子こ模型もけいの図ずを自著じちょに載のせた[25]。

1934年ねんにドイツの実験じっけん物理ぶつり学者がくしゃスチュアート（en:Herbert Arthur Stuart）は、『分子ぶんし構造こうぞう　物理ぶつり的てき方法ほうほうによる分子ぶんし構造こうぞうの決定けってい』に次つぎのように書かいた。

原子げんしのファンデルワールス半径はんけいの値ねを決きめられるようになったので、2種類しゅるいの新あたらしい（メタンの）分子ぶんし模型もけいを組くみ立たてた。1つは透明とうめいなガラス球だまで作つくったもので、共有きょうゆう結合けつごう半径はんけいの大おおきさの球たまにしてある。球たまの中心ちゅうしんには原子核げんしかくの位置いちを示しめす小ちいさなガラス球だまがついている。
もうひとつは原子げんしを木きの球たまで作つくったもので、球たまの大おおきさはファンデルワールス半径はんけいにしてある。ただし、この球たまの一部いちぶはカットしてあるので欠かけ球だまである。これは特別とくべつの仕組しくみで原子げんし同士どうしを結合けつごうして分子ぶんし模型もけいを組くみ立たてるようにしたもので、分子ぶんし内ないで原子げんしは自由じゆうに回転かいてんできる。作つくりたい分子ぶんしを自由じゆうに組くみ立たてることができるし、その分子ぶんしの中なかで原子げんしを自由じゆうに回転かいてんできるので、いろいろな形かたちに変化へんかした分子ぶんしを研究けんきゅうすることができる[26]。

スチュアートの分子ぶんし模型もけいは「分解ぶんかい・組くみ立たてて自由じゆう・回転かいてん可能かのう」で「詳くわしい知識ちしきが無なくても自分じぶんで分子ぶんしを作つくれてしまう」という点てんがこれまでの分子ぶんし模型もけいになかった画期的かっきてきな発明はつめいだった。この模型もけいは1956年ねんに黒木くろき信彦のぶひこ[注ちゅう 7]が『染色せんしょくの化学かがく』(槙まき書店しょてん)の中なかで日本にっぽんに紹介しょうかいした[27]。スチュアート模型もけいでは原子げんしの接合せつごう部ぶに服ふくにつかうスナップボタンを使つかっている。この分子ぶんし模型もけいはケルンのLeybolds商会しょうかい（en:Leybold GmbH）が供給きょうきゅうを引ひき受うけ、世界せかいで初はじめて市販しはんされた分子ぶんし模型もけいとなった[28]。

1億おく倍ばい分子ぶんし模型もけいの誕生たんじょう[編集へんしゅう]

スチュアートの実体じったい積分せきぶん子こ模型もけいは改良かいりょうされ、イギリスやアメリカなどで教育きょういく用ように発売はつばいされた。日本にっぽんでもそれらを模倣もほうする形かたちで教材きょうざい用ようとして販売はんばいされるようになった。それらには三田みた村むら理研りけん工業こうぎょうの「MRK分子ぶんし模型もけい」、英国えいこく製せいでナリカが販売はんばいする「モリモッド分子ぶんし模型もけい(molymod)」、日ノ本ひのもと合成ごうせい製作所せいさくしょの「HGS分子ぶんし模型もけい」、英国えいこく製せいでCYPRESSが販売はんばいする「CPK精密せいみつ分子ぶんし模型もけい」がある。これらの模型もけいの倍率ばいりつは1.25億おく倍ばいから2.8億おく倍ばいとなっている。このような半端はんぱな倍率ばいりつになっているのは、アメリカやイギリスの1インチを元もとにした倍率ばいりつをそのまま模倣もほうまたは輸入ゆにゅうしたからである[29]。英えい米べいの科学かがく者しゃは科学かがく研究けんきゅうにはメめートル法とるほうを使つかうが、模型もけいを作つくるとなると1オングストローム＝1インチまたは0.5インチを基本きほんの長ながさで作つくっている。これは発注はっちゅう時じに、日常にちじょう的てきな単位たんいで寸法すんぽうを指示しじしたからだと思おもわれる[30]。欧米おうべいの科学かがく者しゃは模型もけいの倍率ばいりつには関心かんしんが無なかった[31]。

科学かがく史家しか、科学かがく教育きょういく研究けんきゅう者しゃの板倉いたくら聖きよし宣せんは、原子げんしや分子ぶんしを子こども向むけに教おしえる絵本えほん『もしも原子げんしがみえたなら』を1971年ねんに出版しゅっぱんした[32]。この本ほんでは、1億おく倍ばいの実体じったい積分せきぶん子こ模型もけいの絵えが使つかわれた。板倉いたくらはこのことについて「ちょうど1億おく倍ばいが覚おぼえやすいから、わざわざこの大おおきさにした」と述のべている。絵本えほんをもとに1975年ねんに作つくられた仮説かせつ実験じっけん授業じゅぎょうの授業じゅぎょう書しょ「もしも原子げんしが見みえたなら」では、1億おくという大おおきな倍率ばいりつを説明せつめいするのに、逆ぎゃくに地球ちきゅうの例れいをあげて「地球ちきゅうを1億おく分ぶんの1にすると直径ちょっけい13cmほどになる」という例れいを使つかっている[33]。

後のちにこの絵本えほんや授業じゅぎょう書しょを元もとに分子ぶんし模型もけいを作つくるときにも、原子げんしの寸法すんぽうは1オングストローム(Å)が「1億おく分ぶんの1cm」であるため、オングストローム単位たんいの原子げんしの数値すうちをそのまま1億おく倍ばいすれば簡単かんたんにcmに換算かんさんすることができるというメリットもあった[34]。

しかし、既存きそんのメーカーは1億おく倍ばいの模型もけいには興味きょうみをしめさなかったため、仮説かせつ実験じっけん授業じゅぎょう研究けんきゅう会かい会員かいいんの由良ゆら文隆ふみたか[注ちゅう 8]が父ちちの金かね型がた工場こうじょうで1億おく倍ばい実体じったい積分せきぶん子こ模型もけいの金かね型がたを製造せいぞうしてもらい、プラスチック製せい模型もけいとして量産りょうさんし、「YYSブロック」として1993年ねんに販売はんばいした[36]。その後ご、仮説かせつ実験じっけん授業じゅぎょう研究けんきゅう会かいでは、1億おく倍ばいという区切くぎりの良よい数字すうじを分子ぶんし模型もけいで使つかったことによって、科学かがく入門にゅうもん教育きょういく上じょう「最もっとも基礎きそ的てきな科学かがく的てき概念がいねん」としての原子げんしのイメージが、子こどもたちに覚おぼえやすく印象いんしょうに残のこることになった[31][注ちゅう 9]。

科学かがく入門にゅうもん教育きょういくへの導入どうにゅうと成果せいか[編集へんしゅう]

初期しょきの導入どうにゅう[編集へんしゅう]

立体りったい化学かがくでは入門にゅうもん的てき学習がくしゅうにはどうしても分子ぶんし模型もけいは必要ひつようであると考かんがえられ1960年ねん頃ごろには大学だいがくの化学かがくの授業じゅぎょうで市販しはんの模型もけいが使つかわれていた[37]。しかし学生がくせい1人にん1人にんが模型もけいを触さわって学まなぶには高価こうかであったため、学生がくせい用ように様々さまざまな自作じさく方法ほうほうが考案こうあんされ、球たま棒ぼうモデルが作つくられていた[37]。高校こうこうで発泡はっぽうスチロール球だまをニクロム線せんで切きって作つくったり、毛糸けいとで電子でんし雲くもモデルを作成さくせいする試こころみ[38]、大学だいがくでの紙かみを切きり抜ぬいて折おることで作つくる分子ぶんし模型もけい[39]、高校こうこう化学かがくでのポリウレタンやEVA等とうの軟質なんしつプラスチックで球たま棒ぼう型がたや接触せっしょく球だま模型もけいを作つくる試こころみ[40]、教育きょういく大学だいがくでの折おりたたみ式しきの紙かみ製せい模型もけいで正せい四よん面体めんてい骨格こっかく模型もけいの試こころみ[41]などが行おこなわれてきた。このように、これらは主おもに大学だいがく・高校こうこうでの化学かがくの授業じゅぎょうで利用りようされた。

初等しょとう教育きょういくへの導入どうにゅう[編集へんしゅう]

小学校しょうがっこうを中心ちゅうしんとした初等しょとう教育きょういくで、本格ほんかく的てきに分子ぶんし模型もけいの授業じゅぎょうを導入どうにゅうすることは、板倉いたくら聖きよし宣せんが1971年ねんに『もしも原子げんしが見みえたなら』[32]という子こども向むきの絵本えほんを出版しゅっぱんしたことから始はじまった。この本ほんは1964年ねんのポーリングの『分子ぶんしの造形ぞうけい』[42]で、カラーの分子ぶんし模型もけいの図ずを多用たようした入門にゅうもん書しょを出版しゅっぱんしたことを参考さんこうに作つくられたと思おもわれる。ポーリングのこの本ほんは見開みひらきの片面かためんに球たま棒ぼうモデルや実じつ体積たいせき模型もけいや、結晶けっしょう模型もけい図ずが多数たすう載のせられ、日本にっぽんの分子ぶんし模型もけいづくりにも大おおきな影響えいきょうを与あたえた[43]。しかし、板倉いたくらの絵本えほんは対象たいしょうを小学生しょうがくせいまで下さげたことと、実体じったい積分せきぶん子こ模型もけいの図ずを採用さいようしたことが、それまでの高等こうとう・中等ちゅうとう教育きょういくの化学かがくの授業じゅぎょうを対象たいしょうとした模型もけい作づくりとは違ちがっていた[注ちゅう 10]。この絵本えほんの内容ないようは板倉いたくらの予想よそうを超こえて子こどもだけでなく教師きょうしにも歓迎かんげいされ、小学校しょうがっこう低てい学年がくねんでも使つかわれるようになった[45]。

絵本えほんの授業じゅぎょう書しょ化か[編集へんしゅう]

授業じゅぎょう書しょ「もしも原子げんしがみえたなら」の授業じゅぎょうで、空気くうきの1億おく倍ばい模型もけいを見みる子こどもたち。

絵本えほんにそって授業じゅぎょうをやりたいという要望ようぼうを受うけて、1975年ねんに仮説かせつ実験じっけん授業じゅぎょう研究けんきゅう会かい会員かいいんの平林ひらばやし浩ひろし[注ちゅう 11]が授業じゅぎょう書しょ「もしも原子げんしが見みえたなら」を作成さくせいした[46]。この授業じゅぎょう書しょは「お話はなしを読よみながら分子ぶんしの図ずに色いろを塗ぬっていく」という簡単かんたんな構成こうせいだった。平林ひらばやしは「分子ぶんし模型もけいを頭あたまの中なかで飛とび交かわせながら考かんがえることができれば、イメージだけで化学かがく変化へんかが分わかってしまうのではないか」と考かんがえた[47]。分子ぶんしに色いろを塗ぬることにしたのは「色いろを付つけることによって描えがかれているもののイメージが強つよく残のこる」と考かんがえた事ことによる[48]。この授業じゅぎょう書しょは小学校しょうがっこう低てい学年がくねんでも大だい歓迎かんげいされ、大人おとなから子こどもまで原子げんしや分子ぶんしをたのしく学まなべることが分わかった[49]。

1億おく倍ばいスチロール球だま模型もけいの始はじまり[編集へんしゅう]

名倉なくら弘ひろし[注ちゅう 12]は「もしも原子げんしがみえたなら」の授業じゅぎょうで三田みた村むら理研りけん工業こうぎょうのプラッスチック分子ぶんし模型もけいを使つかっていたが、三田みた村むら理研りけんは1976年ねんに廃業はいぎょうしてしまい、分子ぶんし模型もけいの入手にゅうしゅに困こまっていた[51]。そこで様々さまざまな材料ざいりょうで試ためした結果けっか、1979年ねんに手芸しゅげい店てんで見みつけた発泡はっぽうスチロール球だまで分子ぶんし模型もけいを作つくることはじめた[52]。その結果けっか、球たまにパイプで印しるしを付つけて大型おおがたカッターで切きるという方法ほうほうを考案こうあんした。スチロール球だまは水性すいせいペイントで色いろ塗ぬりをし、木工もっこう用ようボンドで接着せっちゃくした。三田みた村むら理研りけんの模型もけいは1.25億おく倍ばいだったが、名倉なくら弘ひろしはスチロール球だまのサイズを『理科りか年表ねんぴょう』に載のっていたファンデルワールス半径はんけい（オングストローム単位たんい）の数字すうじを2倍ばいしてcmに換算かんさんして1億おく倍ばいとし、スチロール球だまの25～45ミリに近ちかいものを当あてはめた。ここにはじめて実じつ体積たいせき模型もけいの倍率ばいりつが1億おく倍ばいとなった。このとき名倉なくらが発表はっぴょうした球たまのサイズ表ひょうでは、たとえば水素すいそ原子げんしは25ミリ、酸素さんそ原子げんしは30ミリとなった[53]。小学校しょうがっこう4年生ねんせい以下いかはまだカッターがうまく使つかえなかったため、名倉なくらが切きったものを用意よういして色いろ塗ぬりと接着せっちゃくだけやらせたた[54]。欠点けってんとしては小売こうり店てんで買かうスチロール球だまが1個いっこ25円えん～35円えんと高価こうかなことであった。

製作せいさく方法ほうほうの改良かいりょう[編集へんしゅう]

Molecule modes
発泡はっぽうスチロール球だまで作つくった授業じゅぎょう用ようの1億おく倍ばい実体じったい積分せきぶん子こ模型もけい。

名倉なくら弘ひろしの発泡はっぽうスチロールでつくる1億おく倍ばい実体じったい積せき模型もけいの作つくり方かたは、たのしい授業じゅぎょう学派がくはを中心ちゅうしんとする多おおくの授業じゅぎょう者しゃによって改良かいりょうされた。また、「もしも原子げんしがみえたなら」だけでなく、「いろいろな気体きたい」「三さん態たい変化へんか」「燃焼ねんしょう」などの授業じゅぎょう書しょでも分子ぶんし模型もけいが積極せっきょく的てきに取とり入いれられた。

  • 1985年ねん、板倉いたくらと吉村よしむら七郎しちろう[注ちゅう 13]は授業じゅぎょう書しょに出でてくる分子ぶんしの大おおきさと切きり方かたを図解ずかいした[56]。スチロール球だまも小売こうり店てんから供給きょうきゅう元もとに入手にゅうしゅ先さきが変更へんこうされ大幅おおはばに安価あんかになった。
  • 1990年ねん、高橋たかはし道みち比ひ己おのれ[注ちゅう 14]と由良ゆら文隆ふみたか[注ちゅう 15]はプラスチック板ばんに穴あなを開あけて、スチロール球だまに切断せつだん面めんの印しるしを付つける「モルプレート」を開発かいはつした[57]。
  • 1992年ねん、平尾ひらお二三夫ふみお[注ちゅう 16]は「ユニポスカキャップ」で球たまに印しるしを付つける方法ほうほうで多おおくの分子ぶんし模型もけいの作つくり方かたを解説かいせつした本ほんを出版しゅっぱんした[58]。
  • 1995年ねん、塩野しおの広次ひろつぐ[注ちゅう 17]は1億おくの3乗じょう＝108×108×108＝1024≒1モルであることから、1億おく倍ばい実体じったい積分せきぶん子こ模型もけいはそのまま該当がいとう分子ぶんしの1モルの体積たいせきに相当そうとうすることを発見はっけんした。そこで1億おく倍ばい分子ぶんし模型もけいに「分子ぶんし量りょうグラム」分ぶんのおもりを入いれれば、模型もけいでも分子ぶんし量りょうを実感じっかんできるとして模型もけいに鉛なまりの小粒こつぶを入いれた分子ぶんし模型もけいを考案こうあんした[59]。
  • 2005年ねん、山田やまだ正男まさお[注ちゅう 18]と斉藤さいとう一郎いちろう[注ちゅう 19]は電熱でんねつ線せんカッターをステンレス線せんで作つくり乾電池かんでんちで動うごくようにした。また色いろ塗ぬりは水性すいせいペンキが美うつくしく出来できる事こと、独自どくじ開発かいはつの角度かくど定規じょうぎで正確せいかくに切きることができるようになった。これらの道具どうぐは仮説かせつ社しゃで販売はんばいされ、原子げんし数すうの多おおい分子ぶんしも手軽てがるに作つくれるようになった[60]。

一方いっぽうで、板倉いたくら聖きよし宣せんは「模型もけいはある程度ていどいい加減かげんなのが良よいのであって、模型もけいを作つくることによって覚おぼえることが増ふえたらいやになってしまう。厳密げんみつさを要求ようきゅうしすぎて分子ぶんし模型もけいの利点りてんを失うしなわないように」と戒いましめている[61]。

初等しょとう教育きょういくで原子げんし・分子ぶんしを教おしえる意義いぎ[編集へんしゅう]

カードゲームモルQ

板倉いたくら聖きよし宣せんは「小学校しょうがっこう1年生ねんせいに原子げんしや分子ぶんしを教おしえるのは押おしつけ、ムチャクチャではないか」という批判ひはんに対たいして、

明治めいじ以後いご，「大地だいちは球っきゅうだ」ということは地球儀ちきゅうぎの普及ふきゅうで常識じょうしきになった。今いま、「そんなことは難むずかしくて役立やくだたないから教おしえるな」と言いう人ひとがいるだろうか。あえて「原子げんし論ろんを」と言いわなくてもいい。分子ぶんし模型もけいを地球儀ちきゅうぎのように身近みぢかなものにすべきだ[2]。

と答こたえている。

また、伊藤いとう恵めぐみ[注ちゅう 20]は小学校しょうがっこう1～2年生ねんせいで「もしも原子げんしがみえたなら」を分子ぶんし模型もけいを使つかって授業じゅぎょうし、子こどもたちが生いき生いきと分子ぶんしの世界せかいに遊あそぶようになる大おおきな成果せいかを上あげた[62]。同様どうような事例じれいは他ほかにも報告ほうこくされている[63]。

このような分子ぶんし模型もけいの授業じゅぎょうの広ひろがりと歓迎かんげいについて板倉いたくら聖きよし宣せんは、

原子げんしや分子ぶんしを学まなんだ子こどもたちは「分子ぶんし模型もけいの知識ちしきがこの世よの多おおくの問題もんだいを解とくのにとても役立やくだつ」ということを知しってしまう。小学生しょうがくせいや高校生こうこうせいでもいろんな分子ぶんし模型もけいを組くみ立たてて、原子げんし分子ぶんしのことを想像そうぞうするのが楽たのしんでいる。カードゲームの「モルQ」はそうした原子げんしの教育きょういくから生うまれ、子こどもたちに大だい歓迎かんげいされている[64]。

と述のべている。

さらに21世紀せいきに入はいると「初等しょとう教育きょういくでの本格ほんかく的てきな分子ぶんし模型もけいの授業じゅぎょう」は世代せだいを超こえて受うけ継つがれるようになってきた。たとえば、小学校しょうがっこう時代じだいに「もしも原子げんしが見みえたなら」で分子ぶんし模型もけいを楽たのしんだ子こどもの中なかから、教師きょうしになって再ふたたび分子ぶんし模型もけいの授業じゅぎょうを行おこなう者ものが現あらわれた[65]。

また分子ぶんし模型もけいの授業じゅぎょうを受うけて、成人せいじん後ごにプログラマーの仕事しごとに就ついたとき、その時とき学まなんだ分子ぶんし運動うんどうのイメージを視覚しかく化かするために「シミュレーション版ばん〈もしも原子げんしが見みえたなら〉」[66]を作つくって販売はんばいするまでになったものも現あらわれた[67][68]。

18年ねんぶりに再会さいかいした小学校しょうがっこうの同窓会どうそうかいで、小学校しょうがっこう時代じだいに体験たいけんした分子ぶんし模型もけいのたのしさが話題わだいになった事例じれい[69]や、仮説かせつ実験じっけん授業じゅぎょう研究けんきゅう会かいの外そとまで分子ぶんし模型もけいの授業じゅぎょうが広ひろがり、海外かいがいの生徒せいとが分子ぶんし模型もけいの授業じゅぎょうを楽たのしんだ事例じれいも現あらわれた[70]。

板倉いたくら聖きよし宣せんは分子ぶんし模型もけいの教育きょういくについて次つぎのように述のべている。

明治めいじ初期しょきの物理ぶつりの教科書きょうかしょには、小学生しょうがくせい用ようのものにも、最初さいしょから分子ぶんしの話はなしが出でていました。そして「すべての物ものは分子ぶんしからできている」ということを知しらないと「文明開化ぶんめいかいかの人ひと」とは言いえないと思おもわれることもありました。しかし、その原子げんし分子ぶんし論ろんの知識ちしきは広ひろく国民こくみんの基礎きそ常識じょうしきとなるに至いたりませんでした。しかし、「地球ちきゅう」の方ほうの知識ちしきは広ひろく国民こくみんの常識じょうしきとなったと言いえるでしょう。明治めいじ期きは『地球儀ちきゅうぎ用法ようほう』という本ほんが何なに種類しゅるいも発行はっこうされて、人々ひとびとに「地球ちきゅうの実在じつざい」を雄弁ゆうべんに訴うったえることに成功せいこうしたからです。地球ちきゅう全体ぜんたいは大おおきすぎて見みえないのに、机つくえの上うえの小ちいさい地球儀ちきゅうぎは目めに見みえるので、地球ちきゅうの実在じつざいを有力ゆうりょくに訴うったえることができたのです。分子ぶんし模型もけいがあってはじめて、原子げんし分子ぶんし論ろんは国民こくみん常識じょうしきになるに至いたる道みちを見みいだしたというべきでしょう[71]。

脚注きゃくちゅう[編集へんしゅう]

[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]

注釈ちゅうしゃく[編集へんしゅう]

  1. ^ 当時とうじ、東京都立大学とうきょうとりつだいがく理学部りがくぶ[4]。
  2. ^ 2015年ねんに社長しゃちょうの死しとともに廃業はいぎょう。
  3. ^ 当時とうじは35歳さいで、ドイツ領りょうだった東ひがしプロイセン（現在げんざいはロシアのカリーニングラード）のケーニヒスベルクの物理ぶつり学がく研究所けんきゅうじょの研究けんきゅう員いんだった[10]。
  4. ^ この模型もけいを作つくった三田村みたむら理研りけん工業こうぎょうの模型もけいの説明せつめい書しょに「実じつ体積たいせき模型もけい」と書かかれていたのを板倉いたくら聖きよし宣せんが、子供こどもたちにも「おおよそのことが読よんだだけでわかる訳語やくご」として採用さいようして自身じしんの本ほんで使つかった[13]。
  5. ^ 1845-1864年ねんまでロンドン王立おうりつ化学かがく大学だいがくの初代しょだい学長がくちょう兼けん教授きょうじゅとなった[18]。
  6. ^ クロッケーとはイギリスでゲートボールのもとになったゲーム。ソフトボールぐらいの大おおきさの木製もくせい球だまを使つかう[19]。
  7. ^ 当時とうじ、大阪府立大学おおさかふりつだいがく教授きょうじゅ、工学こうがく博士はかせ[27]。
  8. ^ 当時とうじは神奈川かながわ県けんの中学校ちゅうがっこう教諭きょうゆ[35]。
  9. ^ 東洋とうようでは数詞すうしが4桁けた区切くぎりのため1億おくは区切くぎりが良よいが、西洋せいようでは数詞すうしが3桁けた区切くぎりのため1億おくは必かならずしも区切くぎりが良よい数字すうじとは言いえない。
  10. ^ この国土こくど社しゃ版ばんの初版しょはんの挿絵さしえを描えがいたのは挿絵さしえ画家がかの梶かじ鮎あゆ太ふとしだが、絵えについて板倉いたくら聖きよし宣せんと対立たいりつした話はなしが伝つたわっている。絵本えほんの中なかに空気くうき中ちゅうの分子ぶんしが飛とび回まわっている絵えがあるが、梶かじは「分子ぶんしが飛とび回まわっているのだから遠近えんきん法ほうで描えがこう」としたが、板倉いたくらはこれに強つよく反対はんたいした。板倉いたくらは「同おなじ分子ぶんしが大おおきく描えがかれたり、小ちいさく描えがかれたりすると、子こどもたちが、同おなじ分子ぶんしでも大おおきさが違ちがうものがあると、勘違かんちがいする恐おそれがある」ことを心配しんぱいし、「読者どくしゃである子こどもの印象いんしょうが最さい優先ゆうせん」であるとして、飛とび回まわるたくさんの分子ぶんしは同おなじ大おおきさで描えがかれることになった[44]。
  11. ^ 1934年ねん、長野ながの県けん・諏訪すわ地方ちほう生うまれ。1988年ねんまで小学校しょうがっこう教諭きょうゆ。退職たいしょく後ごは「出前でまえ教師きょうし」として、地域ちいきの子こども・大人おとなといっしょに科学かがくを楽たのしむ教室きょうしつを開ひらいている。仮説かせつ実験じっけん授業じゅぎょう研究けんきゅう会かい、障害しょうがい者しゃの教育きょういく権けんを実現じつげんする会かい会員かいいん。
  12. ^ （1920-2008年ねん）仮説かせつ実験じっけん授業じゅぎょう研究けんきゅう会かい会員かいいん。東京とうきょうでわかば科学かがくクラブを主催しゅさいして子こどもたちに、たのしい科学かがくの授業じゅぎょうを行おこなっていた。[50]
  13. ^ よしむらしちろう、1926-2008年ねん8月がつ13日にち。元もと暁星ぎょうせい小学校しょうがっこう教諭きょうゆ。分子ぶんし模型もけいの普及ふきゅう，授業じゅぎょう書しょ「宇宙うちゅうへの道みち」「地球ちきゅう」などで使用しようする実験じっけん器具きぐの開発かいはつ，「ゴミと環境かんきょう」をはじめとするさまざまな授業じゅぎょうプランの開発かいはつなどがある[55]。
  14. ^ たかはしみちひこ。1949年ねん福岡ふくおか県けん生うまれ、2022年ねん死去しきょ。1980年ねんに名古屋なごや市しで科学かがく講座こうざを行おこなう私塾しじゅく「科学かがく舎しゃ」を始はじめる。1982年ねん、名古屋なごや仮説かせつ実験じっけん授業じゅぎょう研究けんきゅう会かい設立せつりつメンバー。1987年ねんに名古屋なごや仮説かせつ会館かいかんを開設かいせつ。
  15. ^ ゆらふみたか、1954年ねん生うまれ。
  16. ^ ひらおふみお、1957年ねん生うまれ。当時とうじは大阪おおさかの小学校しょうがっこう教諭きょうゆ。
  17. ^ しおのひろつぐ、1951年ねん東京とうきょう生うまれ。千葉ちばの中学校ちゅうがっこう教諭きょうゆから小学校しょうがっこう教諭きょうゆを経へて、1990年ねん、宇都宮大学うつのみやだいがく教育きょういく学部がくぶ非常勤ひじょうきん講師こうし。2000年ねん、千葉大学ちばだいがく教育きょういく学部がくぶ非常勤ひじょうきん講師こうし。
  18. ^ 当時とうじは愛知あいち県けんの高校こうこう教諭きょうゆ。
  19. ^ 当時とうじは北海道ほっかいどうの小学校しょうがっこう教諭きょうゆ。
  20. ^ 当時とうじは東京とうきょうの小学校しょうがっこう教諭きょうゆ。

出典しゅってん[編集へんしゅう]

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参考さんこう文献ぶんけん[編集へんしゅう]

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  • 古川ふるかわ真司しんじ「人ひとや自然しぜんを原子げんしの目めで見みる 分子ぶんし模型もけいが開ひらく科学かがくの世界せかい」『たのしい授業じゅぎょう』第だい487号ごう、仮説かせつ社しゃ、2019年ねん、5-10頁ぺーじ。 
  • 平林ひらばやし浩ひろし「授業じゅぎょう書しょ〈もしも原子げんしがみえたなら〉ができたころ（初出しょしゅつ：2019年ねん）」『〈原子げんし・分子ぶんし模型もけい〉はどのようにして生うまれたのか』、カウベル堂どう、2021年ねん、129-131頁ぺーじ。 
  • 山田やまだ正男まさお「自分じぶんで分子ぶんし模型もけいをつくろう（初出しょしゅつ：2019年ねん）」『〈原子げんし・分子ぶんし模型もけい〉はどのようにして生うまれたのか』、カウベル堂どう、2021年ねん、142-150頁ぺーじ。 
  • 由良ゆら文隆ふみたか「プラスチック製せい原子げんし模型もけいの開発かいはつ・販売はんばい（初出しょしゅつ：2019年ねん）」『〈原子げんし・分子ぶんし模型もけい〉はどのようにして生うまれたのか』、カウベル堂どう、2021年ねん、151-164頁ぺーじ。 
  • 山路やまじ敏英としひで「原子げんし・分子ぶんし模型もけいの歴史れきし年表ねんぴょう その2（初出しょしゅつ：2020年ねん）」『〈原子げんし・分子ぶんし模型もけい〉はどのようにして生うまれたのか』、カウベル堂どう、2021年ねん、103-118頁ぺーじ。 
  • 山路やまじ敏英としひで『〈原子げんし・分子ぶんし模型もけい〉はどのようにして生うまれたのか』カウベル堂どう、2021年ねん。 全国ぜんこく書誌しょし番号ばんごう:23568768
  • “Five wooden molecular model balls”. Gift of Manchester Literary & Philosophical Society. 2022年ねん6月がつ30日にち閲覧えつらん。
  • “もしも原子げんしがみえたなら予告編よこくへん-YouTube”. 林はやし戸と研究所けんきゅうじょ (2019年ねん8月がつ14日にち). 2022年ねん7月がつ7日にち閲覧えつらん。

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