　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０４．１２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　林　正幸　　元素と原子の発見　　　　　　　　目　次　　１．黎(れい)明編　　２．燃素説とラボアジェ　　３．ドルトンの原子説　　４．気体反応の法則とアボガドロ　　５．元素の周期律　　６．現代の化学元素　　７．未来編　　実験、実習、調査　　実習材料　元素カード　　　　　　　周期表台紙　　資料１　地のねじ　　資料２　メンデレーエフの周期表（大周期型）　　　　　　メンデレーエフの周期表（短周期型）　　資料３　現代の周期表と原子量(省略) 目次へ１．黎(れい)明編［ａ］はじまり［１］人間が誕生して数１００万年が経過するが、つい数１０００年前までは自然のふところに抱かれて生活してきた。そのころは自然にも人間にも霊魂が宿っていると考えたようである。さまざまなものごとは霊魂に支配されており、獲物や収穫物には安心して感謝し、嵐や干ばつには恐れてひれ伏した。それは自然が人間と同じように喜んだり怒ったりすると考えたのであろう。この考え方は現在でも、たとえば「人間は肉体と精神から成る」というように、残っている。［２］古代になるとエジプト、ギリシャなどでは、自然に対して新しい考え方が生まれた。化学的な分野では、２つの大きな疑問が生まれた。ひとつは「さまざまなものの根源になっているものは何か」、つまり「元素探し」である。もうひとつは「ものはいくらでも細かく分割できるのか」である。言い換えると、水はいくら細かく分割しても水であるのかである。これは「原子探し」につながる。　私たちはすでにたくさんの知識を持っている。ここではそれを横に置いて、自分なら自然をどう考えるか改めて想像してみよう。［ｂ］いろいろな考え方［１］タレスは「万物の根源は水である」と言った。もちろんこれは化学的には間違いである。しかし、水は天から雨となって降り、地から泉となって湧き、動植物は水を得て生き続けることができ、水は蒸発して空気のようになり、凝固して岩のようにもなる。［２］空気や土を元素と考えた哲学者たちもいた。　ヘラクレイトスは火が元素であると考えた。万物は、昼と夜、夏と冬、生と死のように、対立して存在している。対立するものは、昼は夜にそして夜は昼にというように、戦いによって絶えず変化している。つまり変化こそが自然の根本的なはたらき（性質）である。万物は変化によって生成し、また変化によって消滅していく。したがって戦いと変化の象徴である火が元素である。　そしてエンペドクレスが、水、空気、土、火の４つが元素であるとまとめた。そして水は湿、空気は乾、土は冷、火は熱というはたらき（性質）を持ち、いろいろなものは四元素の混合によって生成する。［３］アナクサゴラスは金はいくら細かくして金であり、肉はいくらこまかくしても肉で　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 1 - あると考えた。つまりものには単位になるものがなく、どこまで細かく見ても連続している。ものはいくらでも細かくなれるので、どんなものもすべてのものを含んており、したがって食べたパンが血にも肉にもなる。［ｃ]いろいろな考え方（唯物論と観念論）［１］これに対してデモクリトスは、それぞれのものはこれ以上分割できない目にも見えない微小な「原子」からできていると考えた。この不変の原子は、大きさ、形などの違いによってさまざまな種類がある。そして世界（自然も人間も含む宇宙全体のこと）はこの原子と、何もない空間から成り立っている。原子は何もない空間を止まることなく運動し続け、衝突し渦巻き結び付いていろいろなものになり、またその運動がさまざまなことを引き起こす。すべてのものごとは原子とその運動がなせるわざであり、人間と言えどもその結果に過ぎず、偶然ということは存在しない。　世界の根本はなんであるかという考え方の一方に「唯物論」がある。これは人間の精神とは独立に「もの」があり、世界はこの「もの」とその「はたらき」が根本である。人間も「もの」からできており、精神も「もの」からできている脳のはたらきであるとする考え方である。デモクリトスの考え方はまさに唯物論である。［２］ここで化学的な分野から離れるが、プラトンに触れておく。　現実に目にする三角形はどこか不完全である。辺がすこし曲がっていたり頂点に丸みがあったりする。しかしそれとは独立に完全な三角形がある。同様に人間のなす善もどこか不完全であり、それとは独立に完全な善がある。これを三角形のイデア、善のイデアと呼ぼう。イデアこそ真の存在であり、感覚を通す現実のものごとはイデアをまねたものに過ぎない。もともと人間の精神はすべてのイデアを知っており、それを想い起こして人間の生き方や社会のあり方を考えるべきである。　彼は「アカデメイア」と呼ぶ学校を開き、後進の育成に力を注いだ。そこには「幾何学をせざる者、この門を入るべからず」と掲げられていたと言う。当時は幾何学が最も純粋な学問であり、真理を愛する者のみがここに集まることを許された。　唯物論と並ぶもう一方の考え方は「観念論」である。「観念」とは、人間の精神によって生み出されるものごとである。そして観念論は、世界はこの「観念」が根本である。現実のものごとは「観念」から生み出されるとする考え方である。プラトンの考え方は観念論の典型である。［ｄ］まとめ［１］この時代には上のように化学的な分野でも数々の考え方が誕生した。しかしそれは仮の考え方（仮説）であって、根拠のある法則ではない。化学が本当の科学（サイエンス）になるためには、さらに２０００年ほどが必要である。　古代にはすでに炭素、金、銅、鉄、スズなど９種の元素が発見されていた。しかしこららが元素として認識されることはなかった。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 2 - 目次へ２．燃素説とラボアジェ［ａ］帰納法と演えき法［１］中世の長いトンネルを抜けて近代が始まる。１６２０年にイギリスのベーコンは「科学の新理論」を著し、次のように主張した。　真理はものごとをよく観察することによってのみ獲得できる。できるだけ多くの観察をし、実験をして、それらを注意深く整理することである。わずかな観察から思い付いた仮説を押し立てて、それから考えを進めるのは間違いである。十分な観察や実験に基づかない考え方は意味がない。　観察や実験による根拠を重視する「経験主義」と呼ばるこの見方は、自然科学の方法になるべきものであり（帰納法と呼ばれる）、黎明期の哲学者たちや中世のキリスト教神学に対する厳しい批判でもある。［２］しかしそれにこだわるあまり、彼はなんの科学的発見もできなかった。そればかりか、コペルニクスの地動説などを退けるという誤りもおかすことになった。何の見通しもなく、やたら観察しやたら実験してたくさんの結果をかき集めても、それだけでは自然の法則を見い出すことにはならないであろう。　他方では、いくつかの観察やこれまでの知識から思い付いて仮説を立てたり、仮説やすでに根拠のある法則を組み合わせて考えを進めることも自然科学の方法である（演えき法と呼ばれる）。そしてこれによって方向付けられた観察や実験を通して、その仮説が根拠のある法則になるかどうかを確かめていく。このように２つの方法を統一することが大切である。［ｂ］燃素説［１］科学の歴史において、それまで根拠のある理論（いくつもの法則をまとめたひとつの考え方）であると思われてきたものが間違いであり、それに代わる新しい理論で塗り替えられることがしばしば起こる。ここでは燃素説とそれに代わる燃焼理論を通して、元素がどのように発見されたかを具体的に学習しよう。ただし化学史の通りに実験するのが困難な場合は、代用の実験をして話を進める。［２］私たちのまわりで起こる化学反応の多くは、ものが燃えたり、金属がさびたりすることである。紙に火をつけると燃焼し、何かが炎となって逃げていき、あとにわずかな灰が残る。このような素朴な先入観が、燃焼とは可燃物質から「燃素」というものが逃げていくことであるという考えを生み出した。つまり燃焼は次のように分解反応であり、　　　　可燃物質 ―→ 灰＋燃素可燃物質は灰と燃素の化合物である。参考：燃素説の中心はドイツのシュタールである。　実験１で、酸化鉛(Ⅱ)（当時は密陀僧(みつだそう)と呼ばれた）と木炭をるつぼに入れ　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 3 - て強熱すると、銀色の鉛の玉ができた。燃素説によると、木炭は燃焼するが故に燃素を含む。その燃素が、鉛の灰（酸化鉛(Ⅱ)のこと）に移って鉛ができる。　　　鉛の灰＋燃素 ―→ 鉛［３］実験２で、灰色のスチールウール（鉄）に火をつけると燃焼し、黒色になった。黒色になったウールを天びんで計ると、燃焼前より重くなった。すると燃素説は、燃素は上に逃げていくので軽さ、つまりマイナスの質量がある。だから可燃物質が灰より軽いのであると付け加えをする。　実験３で、燃焼しているろうそくに集気びんを被せるとやがて火が消えた。空気が供給されないと燃焼は止まる。すると燃素説は、燃素は空気と結合するので、空気に燃素が飽和して燃焼が止まるのであると付け加えをする。　私たちは、ろうそくの炎の上にビーカーを逆さにかざして水ができていることを確認した。すこし水酸化カルシウム水溶液（石灰水）を入れた集気びんの中でろうそくを燃焼させ、その後でふたをしてふり混ぜると白濁することから二酸化炭素ができていることを確認した。　しかしこれは気体に関する知識があって可能なことである。そうでなければ、ほとんどの気体は無色透明でとらえどころがない。気体にいろいろな種類があるとは感じられない。すべて空気と思われるだろう。［４］この気体をとらえることが、化学の進歩にとって大きな力になった。　実験４で、酸化銀を加熱すると、気体が発生するので水上置換で捕集した。このように発生する気体が空気と混ざるのを防ぐことは重要である。同時に銀ができた。そして捕集した気体に火がついた線香を差し入れると燃え上がった。　私たちは知っている。これは次のような反応が起こり、酸素が発生するのである。　　　　２Ａｇ₂Ｏ ―→ ４Ａｇ＋Ｏ₂ 酸素と言えば燃焼の主役である。　イギリスのプリーストレーは水銀の灰（酸化水銀(Ⅱ)のこと）を用いて同じように実験した。そしてこの気体こそ、空気に含まれ、燃素と結合する成分である。だからこの気体の中では激しい燃焼が起こるのであると考えた。そしてこの気体を「脱燃素空気」と呼んだ。参考：実験で計った質量は後で利用する。［５］実験５で、うすい硫酸（当時はビトリオル酸と呼ばれた）に亜鉛片を加えると、気体が発生するのでそれをポリ袋に集めた。そしてその気体でシャボン玉をつくると上昇し、火を付けると燃焼した。　正しい反応式は次のようであり、発生するのは水素である。　　　　Ｚｎ＋Ｈ₂ＳＯ₄ ―→ ＺｎＳＯ₄ ＋Ｈ₂ 　イギリスのキャベンディッシュは同じように実験した。そしてこの反応では、亜鉛から　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 4 - 燃素が逃げ出し、亜鉛の灰と酸が反応して塩ができると考えた。当時でも金属の灰が塩基（塩基性酸化物のこと）としてははたらき、酸と反応して塩になることはすでに知られていた。　　　　金属＋酸 ―→ 塩(金属の灰と酸の化合物) ＋燃素したがって発生した気体は燃素そのものではないか。ついに燃素を捕まえた。その証拠にこの気体には軽さがあるではないか！　　しかしこの気体は燃焼する。もともと燃焼とは可燃物質から燃素が逃げ出すことではなかったか。燃素だけでは燃焼できないはずである。　それどころではない。彼自身がこの気体と、プリーストレーが発見した脱燃素空気（酸素のこと）を混合し、電気火花で化合させて水ができることを確認しているのだ。しかし先入観のとりこになっていた彼は、次のラボアジェの燃焼理論を知っても、燃素説にこだわり続けた。［ｃ］ラボアジェの燃焼理論［１］なにせ燃素説は１００年以上も広く信じられてきた理論である。そう簡単には崩れない。しかし機は熟した。あとは先入観にとらわれない頭脳の持ち主が必要であった。その人こそフランスのラボアジェである。　彼は反応に関係するすべての物質を逃がさないようにした上で、天びんを用いてそれらの質量を計ることが重要である。そして物質が化学反応によって他の物質に変わろうとも、別の物質が付け加わったりある物質が抜け出したりしない限り、反応前後の全体の質量は一定に保たれると考えた（この仮説は実験による根拠を得て、「質量保存の法則」と呼ばれるようになった）。［２］ラボアジェは、可燃物質が空気と化合することを示す実験が必要であると考え、空気が入ったガラス容器にスズを入れて密封し、加熱して完全に灰にした。そして反応の前後で容器全体の質量が変化しないことを確認した。何も（燃素も）容器に入り込んでいない！　その後でガラスに孔を開けると空気が吸い込まれ、それによってガラス容器全体の質量が増加した。さらにスズの灰の質量を計るともとのスズに比べて質量が増加しており、それはガラス容器全体の質量増加つまり吸い込まれた空気の質量に一致した。また十分な量のスズを使うと、残る空気はもはやスズを灰にすることができない。これはスズが「空気の一部」と化合した確かな根拠である。［３］次に彼は「空気の一部」が何であるか示す実験をした。図のように、水銀を加熱して灰にすると、容器の中の空気が体積で１／６ほど減少した。そして残った気体の中ではろうそくの火はすぐに消えた。　続いてプリーストレーにならって、水銀の灰にレンズで集めた光を当て、分解して気体（脱燃素空気）を発生させた（水銀はなんと好都合な物質であろう。加熱する温度によって灰になったり、それが分解したりするのである）。もちろんこの気体の中ではろうそく　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 5 - は激しく燃焼する。そして気体の体積は、はじめの実験で減少した体積とほぼ同じであることを確認した。またこの気体をはじめの実験で残った気体に加えると、空気と同じ性質を示すようになった。　　　　　　　　　（原著「化学入門」（岩波新書）より）水銀は脱燃素空気と化合して水銀の灰になるのである。そして彼はこの気体を改めて酸素と名付けた。　　　　水銀＋酸素 ―→ 酸化水銀　こうしてとうとう燃焼が、可燃物質と酸素の化合であるという燃焼理論が誕生した。そして燃素という仮想的物質は追放された。酸素はすでに「脱燃素空気」として発見されていたが、酸素を酸素として発見したのはラボアジェである。［ｄ］元素とは［１］軽さ、つまりマイナスの質量を持つ燃素が信じられていては、化合と分解はあいまいである。ラボアジェはこれらに質量というよりどころを与えた。反応によって質量が増えれば、その物質は別の物質と化合したのであり、逆に質量が減れば、その物質は分解して別の物質もできているのである。　彼は水や二酸化炭素を分解したり再化合したりすることによって、水が水素と酸素の、二酸化炭素（当時は「固定空気」と呼ばれた）が炭素と酸素の化合であることを示した。　こうして物質の「組成」が明確になってくると、元素も見えてくる。彼は「元素とはもうそれ以上分解できない物質である」という考え方を確立した。こうして元素は実験に基づいて発見されるものになった。参考：組成とは、その物質がどんな成分からできているか、またその割合がどうなってい　　　るかということである。備考：このプランでは混乱を避けるために、元素と単体の区別をあえてしていない。［２］ラボアジェは１７８９年に著した「化学のはじめ」で、次のような３３種の元素の表を示した。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 6 - 　　１群　　光　熱素　酸素　窒素　水素　　２群　　硫黄　リン　炭素　塩酸基　フッ酸基　ホウ酸基　　３群　　アンチモン　ヒ素　ビスマス　コバルト　銅　金　鉄　鉛　マンガン　　　　　　水銀　モリブデン　ニッケル　白金　銀　スズ　タングステン　亜鉛　　４群　　ライム　マグネシア　バリタ　アルミナ　シリカ　ここで塩酸基（当時は海酸基と呼ばれた）は塩酸をつくる元素（塩素のこと）という意味である。フッ酸基　ホウ酸基も同様である。またライムは現代の酸化カルシウムのことで、当時は分解できなかった。マグネシア、バリタ、アルミナ、シリカもそれぞれマグネシウム、バリウム、アルミニウム、ケイ素の酸化物である。　彼とて万能ではない。光や熱素（熱の元素であり、熱素説として広く信じられた）があり、またライムなどを元素としている。　彼はベーコンの経験主義にとらわれていたようである。彼はこれまでにどうしても分解できない物質は元素として扱うべきである。また物理学においては一足先に原子で考えるようになっていたが、元素は原子であると言うことはできないと述べている。つまり十分な実験に基づかない原子は取り入れることができないのである。　その一方でフッ酸基（フッ素のこと）などは、当時は分解して単独に得られてはいないのに元素としている・・・。目次へ３．ドルトンの原子説［ａ］定比例の法則［１］前章でも触れたが、すでに物理学においては気体は原子の集合体であると考えられていた。イギリスのニュートンのイメージは、気体の原子が互いに反発し合い、その力で支え合っているという静的なものであった。それに対してスイスのベルヌーイは、気体の原子は激しく飛びまわっており、その動きは温度が高いほど激しいと考えた。これは現代のイメージそのものである。　ニュートンの影響を受けたドルトンは、気象の観測をする中で、重さの異なる２種の気体がどうして完全に均一に混合するのかという疑問を持った。どうして重い気体が下に来ないのか。あれこれ考えるうちに、それは異なる気体の原子は大きさが違うはずであり、反発する力は次ページの図のようになっており、それがうまくかみ合わないので拡散して混合すると確信するようになった。ちなみに当時はベルヌーイの仮説は劣勢であった。　そこで彼は気体の原子の大きさ（空間に占める体積）を求めようと考えた。それぞれの気体の密度、つまり１［ｌ］の気体が何ｇであるかは計測されている。あとは気体の原子の質量比が分かればよい。以上はもっと説明が必要であろうが、とにかく、彼は原子の質量を知りたくなったのである。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 7 - 　　　　［２］実験６で、銀色のマグネシウム粉末の質量を計り、るつぼに入れて強熱し、得られた白色の酸化マグネシウムの質量を計った。そして酸化マグネシウム中のマグネシウムと酸素の組成を求めた。どのグループの結果もほぼ一致した。　ラボアジェが物質の質量を計ることの重要性を示してから、多くの物質の組成が研究された。たとえば　　水をつくる水素と酸素の質量比は　　　　　１：７（正確には　１：７.９４）　　アンモニアをつくる水素と窒素の質量比は　１：５（正確には　１：４.６７）であった。　フランスのプルーストは化合物は原子が結合してできていると考えた。それぞれの原子１個の質量は決まっている。化合物は一方の原子何個かと他方の原子何個かが結合する。だから、ひとつの化合物をつくる成分元素の質量比は、その化合物をどのようにして得ようとも常に一定のはずである。　他方でベルトレーは、反応物質の量を変えると化合物の組成が連続的に変化すると主張した。長い論争の中でプルーストは、それは２種の化合物が混合しており、その２種の化合物の混合比が変わっていることを示し、実験によって反論した。こうして彼の仮説は「定比例の法則」と呼ばれるようになった。［ｂ］ドルトンの原子説［１］またも機は熟した。ドルトンにとって元素は原子である。そして化合物は原子が結合してできている（彼はこれを分子と呼んだ）。また化学反応は原子が結合し直すことである。　彼は物質の組成を元にして原子１個の質量を具体的に考えた。そう、ラボアジェは目に見える物質の質量に注目したが、ドルトンは目にも見えない原子にそれぞれ決まった質量があることを数値でもって示したのである。　実験６の結果を使って説明しよう。結果がマグネシウム６０.５％、したがって酸素が３９.５％であったとする。酸化マグネシウムはＭｇＯであるから、６０.５：３９.５はマグネシウム原子と酸素原子の質量比のはずである。酸素原子１個の質量を１６と表すことにすれば、マグネシウム原子１個の質量は　　　　（６０.５／３９.５）×１６＝２４.５０・・・＝２４.５　　　　　　　　　　　　　（現代の数値は　Ｍｇ＝２４.３）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 8 - となる。これはすごい。いろいろな化合物の組成を使えば、すべての原子の相対的な質量（これは原子量と呼ばれる）が分かってしまう。［２］だがちょっと待て、どうして酸化マグネシウムがマグネシウム原子１個と酸素原子１個からできていると分かるのだ。彼は次のように考えた。・２種の原子Ａ、Ｂからできる化合物が１種しかないなら、それはＡＢである。・もし２種の化合物があるなら、それらはＡＢ、Ａ₂Ｂ、ＡＢ₂ のいずれかである。　これは根拠のある考えではなく、目に見えない原子やその化合物に対する苦肉の策である。彼は自然は単純なはずであると考えた。［３］ドルトンは１８０８年に著した「化学の新体系」で、原子量と分子量を次のように示している。彼はもっとも小さい水素原子の質量を１とした。　　　　　　　　　　原子量　　　水素(Ｈ)　　１　　　　窒素(Ｎ)　　５　　　　炭素(Ｃ)　　５　　　酸素(Ｏ)　　７　　　　リン(Ｐ)　　９　　　　硫黄(Ｓ)　１３　　　マグネシウム(Ｍｇ)　２０　　　　　　　　　　分子量　　　水　　　８　　　　　アンモニア　６　これから彼は、水をＨＯと、アンモニアをＮＨと考えていたことが分かる。資料３で現代の数値を調べて、比較してみるのもおもしろい。参考：ドルトンは実際は原子・分子に対して次のような記号を使った。　　　　　　　　　上は左から、水ＨＯ、アンモニアＮＨ、一酸化炭素ＯＣ、　　　　　　　　　　二酸化炭素ＯＣＯ、二酸化硫黄ＳＯ　　　　　　　　（久保著「化学史」（白水社）より）［４］実験７で、亜鉛１.００ｇを濃塩酸と反応させて塩化亜鉛をつくり、その質量を計った。その結果が２.０８ｇであったとする。これと現代の数値　　　　原子量　　Ｃｌ＝３５.５　　Ｚｎ＝６５を使って、塩化亜鉛の化学式を求めてみよう。　実験に基づく塩化亜鉛の亜鉛の組成は　　　　１.００／２.０８＝０.４８０・・・　　４８［％］である。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 9 - 　ここで塩化亜鉛の化学式をＺｎＣｌとすると、亜鉛の組成は　　Ｚｎ／ＺｎＣｌ＝６５／（６５＋３５.５）＝０.６４６・・＝６５［％］になるべきである。これでは亜鉛が多すぎるので次に化学式をＺｎＣｌ₂ とすると亜鉛の組成は　　Ｚｎ／ＺｎＣｌ₂ ＝６５／（６５＋７１）＝０.４７７・・・＝４８［％］となって実験結果とよく一致する。こうして塩化亜鉛の化学式がＺｎＣｌ₂ であると分かる。　原子量があれば、化合物の化学式が実験に基づいて確定できる。このことこそ、ドルトンの原子説がすぐに受け入れられた理由である。［５］練習問題　実験４の酸化銀とそれから得れる銀の質量のデータをもとに、酸化銀の化学式を求めよ。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ａｇ₂Ｏ）目次へ４．気体反応の法則とアボガドロ［ａ］気体反応の法則［１］ドルトンの原子説の弱点に対しては、すぐにそれを補うことができる法則が発見された。　実験８で、チューブに体積で水素４目盛りと酸素４目盛りを入れて火花点火すると、２目盛りの気体が残った。次に水素６目盛りと酸素３目盛りを入れて点火すると、水が上がって気体はほとんど残らなかった。　つまり水素と酸素は体積で２：１の割合で過不足なく反応する。だから１回目は酸素が２目盛りだけ反応し、２目盛り分が残ったのである。　フランスのゲー・リュサックらは気体が関係する反応を研究した。たとえば次のようであった。　　　　アンモニア＋塩化水素 ―→ 塩化アンモニウム(固体) 　　　　　　　１　：　１　（体積比）　　　　窒素＋水素 ―→ アンモニア　　　　　１　：　３　：　２（体積減少は　：２）　（体積比）　　　　窒素＋酸素 ―→ 一酸化窒素　　　　　１　：　１　：　２　（体積比）もちろんこれは関係する気体の体積を、同じ温度、同じ圧力の下で計測するという条件が付いている。［２］そこで彼は、気体どうしの化学反応は簡単な体積比で起こり、反応によって体積の　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 10 - 収縮が起こるなら、その体積減少も反応する気体の体積と簡単な比になる、と控えめに主張した（「気体反応の法則」と呼ばれる）。　彼はこの法則が成り立つのは、気体の原子や分子が空間に占める体積はどれも同じではないか。とすると化合する気体の体積比は、できる化合物の中の原子の個数比になるのではないかと考えた。しかしそうであれば、どうして窒素と酸素からできる一酸化窒素の体積が半減しない（１：１：１にならない）のか。　　　　Ｎ＋Ｏ ―→ ＮＯ彼は元素は原子そのものであるというドルトンの仮説から抜け出せなかったので、どうしても謎が解けなかった（主張も控えめになった）。　ドルトンの方は、そもそも彼の原子説は気体の原子の大きさが違うことが出発点であり、実験そのものが怪しいと断じた。［ｂ］アボガドロの仮説［１］イタリアのアボガドロも、ゲー・リュサックのように考えるしかないと思った。そして彼は、生成する気体の体積が、化合する気体の体積の小さい方の２倍になる反応が多いことに注目した。上では一酸化窒素とアンモニアが生成する反応がそうである。そうであれば、化学反応において原子が２つに割れるしかない。いやいや原子は究極の粒子であるから、気体の元素は、原子２個が結合した分子であると考えた。そうであれば図のように説明できる。　　　　　彼の仮説をまとめると次のようである。　　「気体の元素は２個の原子が結合した分子である」　　「同温同圧の下では、すべての気体は同体積中に同数の『分子』を含む」参考：彼の仮説のうち後者は、現代ではアボガドロの法則と呼ばれる。［２］ところが、ドルトンの原子説を確固たるものにするはずの彼の仮説は、とくに注目されることがなかったのである。当のドルトンは元素は原子であると信じ込んでいたため、原子が分割されることになり、論外であった。また当時は原子の結合は電気的なものと考えられていた。したがって同種の原子が結合することはあり得ないのである。もうひとつの理由は、彼は実験をせず、仮説の根拠になる新しい実験も示さなかったことが考えられ　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 11 - る。彼は科学者でなく空想家と見なされた。　この歴史的不幸は、一方でアボガドロを不遇の化学者とし、他方で弱点をもったままの原子説は、いろいろな原子量が出てきたりして半世紀にわたり混迷を続けた。　これが克服されるのは、１８６０年に開かれた第１回国際化学会議においてである。やっとアボガドロの名誉は回復し、正しい原子量が確定した。目次へ５．元素の周期律［ａ］はじまり［１］元素が次々に発見され、またいろいろな元素（やその化合物）の性質が明らかになるにつれて、元素に関する性質を整理したり、それを原子量と関連づけようとする研究が生まれてきた。　ドイツのデベライナーは次のように、互いに性質が似ている３つ一組の元素がある。そして中間の原子量は大小の原子量の平均値になっていることを発見した。　　　リチウム　　ナトリウム　　カリウム　　　大小の平均値　　　　Ｌｉ　　　　　Ｎａ　　　　　Ｋ　　　　　７　　　　　２３　　　　３９　　　　　２３　　　　塩素　　　　　臭素　　　　ヨウ素　　　大小の平均値　　　　Ｃｌ　　　　　Ｂｒ　　　　　Ｉ　　　　３５.５　　　８０　　　１２７　　　　　８１.２５参考：この章の原子量は、あとで取り上げるメンデレーエフが使った、当時の数値の概数　　　である。［２］フランスのド・シャンクルトアは、資料１のように、円筒にらせんを描き、１回転を原子量の１６目盛りとした。そして原子量の位置に元素記号を記し、「地のねじ」と呼んだ。当時はまだヘリウム(Ｈｅ)、ネオン(Ｎｅ)、アルゴン(Ａｒ)などの希ガス元素は発見されていなかったことに注意しよう。するとリチウム、ナトリウム、カリウム、あるいはフッ素(Ｆ)、塩素、あるいは炭素(Ｃ)、ケイ素(Ｓｉ)のように、性質が似た元素が母線上に並ぶ。しかし彼は地質学者であり、化学者には注目されなかった。　イギリスのニューランズは、元素を原子量の順に並べて番号を付けた。　　Ｈ　　Ｌｉ　Ｂｅ　Ｂ　　Ｃ　　Ｎ　　Ｏ　　Ｆ　　Ｎａ　Ｍｇ　　Ａｌ　　１　　２　　３　　４　　５　　６　　７　　８　　９　　１０　　１１　　Ｓｉ　　Ｐ　　　Ｓ　　　Ｃｌ　　Ｋ　　　Ｃａ　・・・　　１２　　１３　　１４　　１５　　１６　　１７　・・・　すると２番リチウム、９番ナトリウム、１６番カリウムのように、性質の似た元素が８番目ごとに現れる。彼はこれを音階にちなんで「オクターブの法則」と呼んだ。しかし多くの化学者はこれを子どもの遊びとしか受けとめなかった。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 12 - ［ｂ］周期表（その１）［１］ロシアのメンデレーエフは、元素に関する性質とその原子量との間の関係を重視してくわしく研究し、１８６９年に当時発見されていた６３種すべての元素をひとつの表にまとめ上げた。　原子量の確定は、化学式の確定に結び付いた。そしてこのことは原子の結合に関する「原子価の理論」を支持した。彼は元素に関する性質の中でも、原子価とか化学式のようなあいまいさのないものを重視した。そしてそれらと原子量の間に規則的な関係があることを見い出した。またその他の性質についても検討し、原子量が元素に関する性質を「条件づけている」ことに気付いた。［２］そのやり方をまねた実習「メンデレーエフの周期表」を振り返ってみよう。はじめに元素カードに、元素名、元素記号、原子量を記入し、当時知られておりかつ彼が注目した元素に関するいくつかの性質を記入した。次に元素カードを原子量の小さいものから順に並べ、周期表を作成した。最後にその表から、メンデレーエフと並んで、私たちは次のようなことを再発見した。（ａ）どの列でも、つまりどの族でも見事に性質の似た元素が並ぶ。（ｂ）どの行でも、つまりどの系列でも水素化物は、第Ⅲ族までは存在せず、第Ⅳ族からの水素化物中の元素の原子価は原子量が大きくなると規則的に小さくなり、（８－族番号）になっている。そして第２系列では、第Ⅴ族から弱塩基性、中性、弱酸性と変化する。また第３系列では、第Ⅵ族から弱酸性、強酸性と変化する。なお当時は第Ⅲ 族までの水素化物は発見されていなかったことに注意しよう。（ｃ）どの系列でも、高度酸化物中の元素の原子価は、原子量が大きくなると規則的に大きくなり、かつ族番号に一致する。（ｄ）高度酸化物と水が反応してできる水酸化物は、たとえば第３系列では、強塩基性、強塩基性、両性、弱酸性、弱酸性、強酸性、強酸性と変化する。（ｅ）金属が左下側に集まる。（ｆ）原子容はどの系列でも、その両端が大きく中間が小さくなる。［ｃ］周期表（その２）［１］私たちは複雑さを避けるために原子量が小さい方の１７種の元素に限定したが、メンデレーエフは１８７１年の論文「化学元素の周期的規則性」の中で、資料２のように６３種の元素を２通りの表にまとめた。参考：１８６９年の最初の表を一部修正している。　　　表中のＪという記号はヨウ素であり、現代の元素記号はＩである。　彼は元素に関する性質が、原子量が大きくなるに連れて周期的に変化し、似た元素がくり返し現れるという法則を確認し、「元素の周期律」と呼んだ。そして第４系列以上では、　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 13 - その周期の取り方はいくつか考えられる。そこで彼は大周期をもとに表１をつくり、短周期をもとに表２をつくった。前者は現代の周期表に近いものである。［２］彼は元素を表にしていく過程で、ひとつあるいはそれ以上に飛ばして空欄を設けた方がよい場合があることに気付いた。その欄にはまだ発見されていない元素が入るべきであると考えた。そして周期律を利用して、上下・左右の元素の性質を元にしてその元素に関する性質を予言した。たとえば表２の第５系列第Ⅳ族の元素を仮にエカケイ素(Ｅｓ)と名付け、その性質を次のように予言した（一部）。　　　　　　　　　　　　エカケイ素　　　　ゲルマニウム　　原子量　　　　　　　　　７２　　　　　　　７２.３　　原子容　　　　　　　　　１３　　　　　　　１３.２　　酸化物の化学式　　　　ＥｓＯ₂ 　　　　　　ＧｅＯ₂ 　　酸化物の比重　　　　　　　４.７　　　　　　４.７　　塩化物の沸点［℃］　　１００　　　　　　　８６１０数年後にこの元素は発見され、ゲルマニウムと名付けられた。その数値が示すように予言は的中した。こうして彼の周期表は高い評価を受け、化学研究に不可欠な道具となった。［３］彼は、第７系列第Ⅵ族のテルル(Ｔｅ)の原子量に言及している。つまりテルルはその性質からこの位置に来るべきであるが、当時の原子量である１２８は右隣のヨウ素(Ｊ) の１２７より大きく、逆転している。したがってテルルの正しい原子量は１２５くらいであろうして、周期表にこの数値を使った。　しかしテルルの正しい原子量は１２８であった。現代の周期表を調べると、このような原子量の逆転が他にも２ケ所見つかる。それから約４０年を経て、エックス線の研究から原子の原子番号が発見される。そして元素に関する性質を本当に「条件づけている」のは、原子量ではなく、この原子番号であることが分かるのである。［４］メンデレーエフと同時代に、ドイツのマイヤーは、横軸に原子量を、縦軸に原子容や元素の融点を記して折れ線グラフを描き、別の形で元素の周期律を示したことを付記しておく。目次へ６．現代の化学元素［ａ］原子の大きさ［１］周期律のように、元素に関する性質を原子から説明しようとすると、原子を「これ以上分割できない粒子」として放置しておくわけにはいかなくなる。つまり原子の構造を解明して、それに基づいて説明をするしかない。時代は原子が究極の粒子であることを否定するところまで来たのである。　１９世紀の終わりから２０世紀の初めにかけて、自然科学が飛躍的に発展した。その中　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 14 - で、電子、原子核、そしてそれをつくる陽子と中性子も発見された。こうして原子は、中心に原子核があり、そのまわりをいくつかの電子が運動する構造を持つことが判明した。このあたりは講座プラン「原子はどのように結合するか」にゆずりたい。［２］１９１２年にイギリスのブラック父子は、波長が分かったエックス線を結晶に照射し、それが強く反射される角度から、その構造を解析する方法を発見し、それから原子の大きさが分かるようになった。　原子の大きさ（半径）はおおむね０.１ｎｍ(ナノメートル)である。　　　　１ｎｍ＝＝１０^-9 ｍ＝０.００００００００１ｍ別の表現を使うと、０.１ｎｍとは１億倍して１ｃｍになる長さである。１億倍の拡大とは、ソフトボールを地球の大きさにすることである。なるほど原子はとても肉眼では観察できないわけである。［ｂ］同位元素［１］時間は前後するが、同位元素の話に移ろう。　ラジウム(Ｒａ)のような元素は、放射線を出して時間と共に原子量がより小さい元素に「崩壊」していくことが発見された。このような元素は放射性元素と呼ばれる。その放射線はアルファ線、ベータ線、ガンマ線の３種である。放射性元素の崩壊は、原子の原子核が壊れていくのである。　ラジウムが崩壊してできる原子量が２２２の気体の元素はラジウムエマナチオンと名付けられた。別の放射性元素であるトリウムが崩壊してできる原子量が２２０の気体の元素はトリウムエマナチオンと名付けられた。いずれもさらに崩壊して固体の放射性元素に変わっていく。　１９０２年にイギリスのソディらは、この２種の気体の元素の凝縮温度が同じであることに気付いた。そしてラジウムエマナチオンとトリウムエマナチオンは周期表の同じ位置（欄）に入れるべきであると考えた（現代の周期表の第６周期１８族のラドン(Ｒｎ)のこと）。これらはその意味の通り同位元素と呼ばれる。同じ元素なのに原子量が異なる・・・。［２］この秘密はやがてはっきりしてきた。すでに触れた原子番号は、原子核の中の陽子の個数を表している。原子核は陽子と同数の電子を従えて原子となり、原子の性質の大半は電子の個数に依って決まる。そして原子核の中の中性子の個数はその原子の質量に関係する。　別の例で説明しよう。たとえば塩素(Ｃｌ)は原子番号が１７であり、陽子と電子は１７個である。そして塩素原子は中性子の個数が１８のものと２０のものがある。陽子と中性子の個数の合計は質量数と呼ばれるが、塩素原子には質量数が３５のものと３７のものがある。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 15 - 　　　　　　　　　　陽子　　中性子　　電子　　　　原子番号　　質量数　　　　塩素３５　　１７　　　１８　　１７　　　　　１７　　　　３５　　　　塩素３７　　１７　　　２０　　１７　　　　　１７　　　　３７このようにどの元素も、原子番号は同じであるが質量数が異なる数種の原子からできていることが分かってきた。［３］塩素を例にもう少し説明する。原子をつくる陽子、中性子、電子の質量は、原子量と同じ単位で示すと次のようである。　　　　陽子　　　１.００７３　　　　中性子　　１.００８７　　　　電子　　　０.０００５４８６要するに陽子と中性子の質量はほとんど１であり、それに比べて電子の質量は無視できる。したがって同位元素まで区別すると、その元素の原子量はほほ質量数に等しいのである。これで質量数の意味も納得できる。　さて地球上に存在する塩素の同位元素の存在率は次のようである。　　　　塩素３５　　７５.７７％　　　　塩素３７　　２４.２３したがって地球上の塩素の平均の原子量は　　　　３５×０.７６＋３７×０.２４＝３５.４８＝３５.５となる。塩素の正確な原子量は３５.４５３である。　このように原子の質量でさえ、原子の構造から解明された。［ｃ］合成元素［１］メンデレーエフ以後も元素は発見され続け、周期表の空欄はどんどん埋まっていった。１９３６年の時点で、原子番号が一番大きい元素は９２番のウラン(Ｕ)であり、それ以上に原子番号が大きい元素は発見されていない。ところが周期表に４つの空欄が残っていた。それらは４３番、６１番、８５番、８７番の各元素である。化学者の懸命の捜索にもかかわらず、これらの元素は一向に姿を見せなかったのである。　１９１９年にイギリスのラザフォードは、窒素の原子核にアルファ線（ヘリウムの原子核で、陽子２個と中性子２個からなる）を衝突させると酸素が生成することを発見した。　　　　窒素１４＋ヘリウム４ ―→ 酸素１７＋水素１これは元素を反応させて、別の元素を合成したのである。　思えば人間は長い間「錬金術」を目指してきた。これはありふれた金属から金をつくり出そうとする試みである。つまり他の元素を金という元素に変えようというのである。しかしそれは見果てぬ夢となり、近代になって元素は不変・不滅であることが確認された。それが覆ったのである。［２］人間はすでに原子核を変化させる技術を持ち始めていた。「粒子加速器」である。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 16 - たとえばプラスの電気を持っている陽子は、電圧をかけた２枚の電極板の間ではプラス極とは反発し、マイナス極には引かれて加速される。マイナス極の中央に穴を開けておけば、そこから陽子が放出されてくる。その速度は電圧が高いほど大きい。陽子が飛行する部分は真空にされる。さらに、くり返し加速するために磁場をかけて円運動するように工夫する。これはサイクロトロンと呼ばれる。現在の日本で最大のサイクロトロンは、直径９６０ｍの「トリスタン」である。　イタリアのセグレは、重陽子（陽子１個と中性子１個からなる原子核）を加速するサイクロトロンのターゲット（標的）として使われていたモリブデンに注目した。モリブデンは高温に耐えるので選ばれていたが、この原子番号は４２であり周期表でその右隣は空欄だったのである。彼はターゲットのモリブデンをねばり強く放射線分析して、１９３７年に新しい元素つまり原子番号が４３のテクネチウムが存在することを確認した。そしてターゲットからわずか１０^-10 ＝０.０００００００００１ｇのテクネチウムを取り出すことに成功した（後に天然のウラン鉱からも微量のテクネチウムが取り出された）。彼は新しい元素を、自然の中にではなく、人工的に合成されたものとして発見したわけである。このようにして４つの空欄は埋められていった。［３］それなら原子番号が９３以上の元素は存在するのだろうか。　多くの学者がウランの原子核に、発見されたばかりの中性子を照射して吸収させる実験を行った。それは中性子が電気を持たないため、プラスの電気を持つ原子核に接近して吸収されやすい。そしてできた原子核がベータ線を放射して崩壊してくれたら、原子番号が１つ大きい元素に変わることが期待できるからである。と言うのは、ベータ線は電子である。原子核の中で１個の中性子が陽子と電子に変わり、その電子が放射される。したがって原子核の中の陽子が１個増える。それは原子番号９３の新しい元素が合成されたことを意味する。　しかし思わぬ伏兵が隠れていた。ウランに中性子を照射すると、ウランの原子核が２個に分裂することが同時に起きるのである。そしてこのことを理解できない段階では、複雑な混合物から目的の新元素を取り出すことは不可能であった。［４］やがてドイツのハーンらが、そのことを解き明かした。ウラン２３５（ウランの同位元素のひとつ）の原子核は、中性子が衝突すると、それを吸収した上で２個の原子核に「核分裂」し、かつ数個の中性子を放射する。放射された中性子がまた別のウラン２３５を核分裂させる。連鎖反応である。　このようにしてウラン２３５のかたまりを一気に核分裂させると、通常の燃焼反応のおよそ２５万倍（同じ質量で比べて）の、膨大なエネルギーを放出させることができる。これを応用して開発されたのが原子爆弾であり、それが１９４５年に広島に投下されたのは科学史最悪の悲劇であった。参考：長崎に投下されたのは、プルトニウム２３９を使った原子爆弾である。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 17 - 　話をもどして１９４０年にアメリカのマクミランらは、核分裂の知見を参考にして、ついに９３番の新元素、ネプツニウムを取り出した。合成反応自身はすでに推定されていた。　　　　ウラン２３８＋中性子 ―→ ネプツニウム２３９（＋ベータ線）　同じような考え方で９４番のプルトニウム、９５番のアメリシウムなどが合成された・・・。そして２００４年には日本の理化学研究所が、１１３番の元素を合成したと報告している。参考：理化学研究所の該当するホームページ　　　　　http://www.riken.go.jp/r-world/info/release/press/2004/040928_2/ ［ｄ］走査型トンネル顕微鏡　１９８２年にＩＢＭは、とうとう結晶表面の原子１個々々の形までなぞることができる技術を開発した。「走査型トンネル顕微鏡」である。サンプルの表面に鋭く尖った針を近づける。そして針とサンプルに数Ｖの電圧をかけておく。両者が十分に近づくと「トンネル電流」と呼ばれる電流が流れる。これは針とサンプルの間の距離に応じて敏感に変化するので、トンネル電流が一定に保たれるように針を上下させながら横に移動させる。１本の走査が終わったら、わずかに針をずらして走査をくり返す。すると目を閉じて指先で表面をなぞるように、針の動きから画像をつくり出すことができる。　そして次の画像は、１９９１年の日立研究所の成果である。　　　　　　　　　　　　（日刊工業新聞　９１．１．２３　より）二硫化モリブデンという半導体結晶の表面にタングステンの針を近づける。この針の先端は原子１個にまで削る。狙った硫黄原子の上に持ってきて電圧を上げると、吸い上げるようにその原子をつまみ取ることができる。これをくり返した後に表面の画像をつくったのである。原子１個々々が丸く見えると共に、原子がつまみ取られた跡が ”ｐｅａｃｅ　'９１　ＨＣＲＬ ”という文字になっていることが読み取れるであろう。下の目盛りから分かるように、文字の大きさは２ｎｍ(ナノメートル)以下である。　文章で書くと簡単であるが、この技術の中身は、針の位置を原子の大きさよりもっと細かいところまで正確に決めること（その道具も原子からできているのに！）、針の先端を原子１個まで削ること、微小な電流を検出すること、コンピュータによる画像処理などである。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 18 - 目次へ７．未来編［ａ］自然科学の現状（その１）［１］「元素と原子の発見」は長い歴史であり、完了することがない課題でもある。と言うのは知っての通り現代では、陽子や中性子も本当の「原子」ではなく、それぞれ３種のクオークと呼ばれる素粒子からできていることが分かっている。そしてこれとて究極の粒子である確証はないからである。しかし完了はしなくても、時間と共に私たちは確実に知識や理論を獲得してきている。今ではその蓄積は膨大である。　古代に始まったものごとの見方・考え方（哲学）の歴史は、発展し続ける自然科学の影響を大きく受けてきた。と言うより、現代では自然科学は巨大なひとつの哲学として存在していると言ってもよいだろう。それはまるで万能のようであり、「真理は我に在り」と叫んでいるかのごとくである。［２］自然科学の考え方は２章でも触れたが、その根底は「唯物論」である。１章の説明をくり返すそう。『これは人間の精神とは独立に「もの」があり、世界はこの「もの」とその「はたらき」が根本である。人間も「もの」からできており、精神も「もの」からできている脳のはたらきであるとする考え方である。』世界は「もの」が根本であるから、自然科学は「もの」を研究して真理を獲得するというわけである。精神も脳のはたらきであるから、脳を「もの」として研究してその秘密を解き明かす。また社会の動きである歴史学や経済学などにも、自然科学の方法が取り入れられている。［３］近代において自然科学は、裕福な貴族やそれに連なる人たちの知的活動として始まった。このような科学者は「純粋」に真理に近づくことが最上である考え、プラトンのアカデメイアにならって、国ごとに科学アカデミーを設立した。アカデミーではいたずらに真理を「応用」して営利に走るのは邪道であるとされた。　しかし現実の歴史は、純粋科学が新しい応用技術を産み出していった。そしてそれによってつくられた道具や装置が、新しい科学研究を促進した。現代では科学と技術は融合し、科学技術と呼ばれる。［ｂ］自然科学の現状（その２）［１］君たちは調査「原爆の被害」を通して何を考えただろうか。この悲劇は自然科学の進歩なくしては起こり得なかった。科学技術は原子爆弾もつくり出すのである。原爆投下は「戦争を早く終わらせるためだった」という説明がある。アメリカの本音は「他の国に先駆けて原爆を持ち、世界に君臨するためだった」という説明もある。しかしどう説明しようと、死者が生き返ることも、遺族がいやされることもない。　原爆が製造可能であるとしても、それにたずさわらないのが人間的な生き方ではないだ　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 19 - ろうか。実際に第２次世界大戦後の１９５５年にはラッセル・アインシュタイン宣言が提唱され、科学者が核兵器廃絶を訴えるパグウオッシュ会議も開かれた。にも拘わらす、今日まで核兵器は開発され続け、核兵器を保有する国は増えている。［２］もうひとつの事例を見てみよう。１９８６年にアメリカのコルボーンらはその著書「奪われし未来」で、内分泌かく乱物質（環境ホルモン）を告発した。現代では地球上に人間がつくり出した何万もの合成化学物質が分布している。その中でたとえばダイオキシン、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニール）、ＤＤＴ（ジクロロジフェニルトリクロロエタン）などは、ごくごく微量でも内分泌系をかく乱する危険がある。とくに胎児期に決定的な影響を与える可能性もある。　彼女らはこれはまるで「無視界飛行」であると書いている。私たちが乗った飛行機の操縦席にいる科学者は「前方にかすんで見える黒いかたまりは、雲の堤かもしれない。いやまてよ、山かもしれないぞ。」と答えるのがせいぜいである。私たちは確かに多くの知識や理論を獲得している。そしてそれは時間と共にどんどん増加していく。しかしそれでも私たちは多くのことを知らない・・・。　内分泌かく乱物質の警鐘が鳴らされれば、それを真面目に受けとめ、物質の合成や利用により慎重になるのが人間的な生き方ではないだろうか。ところがほとんどの合成化学物質は、この種の毒性が研究されないままに利用され続けている。［３］現代では自然科学を研究する人たちは、経済的に自立しているのではなく、国や企業に雇用されて生活の糧を得ている。また研究費は次第に拡大し、ほとんど国や企業によって賄われている。分かりやすく言えば、現代の科学研究は雇われの身であり、スポンサー付きなのである。［ｃ］私たちのよりどころ［１］私が伝えようとしているのは、人間が生きていくための「よりどころ」は何かという課題である。もちろん自然科学は大切なよりどころである。人間は自然の法則に逆らって生きることはできない。それを無視するのはこっけいであると共に、自然からしっぺい返しを受ける。それでは、自然科学だけで十分だろうか。［２］（「火の鳥」未来編より）　２５世紀に人類の文明は絶頂にたっし、そのあと衰退が始まった。西暦３４０４年、地球は急速に死にかかっていた。地表は荒れ果て、人類は地下に５つのメガロポリスとつくっていた。その群衆はひよわで、かぼそく無気力である。各ポリスは人類の危機をのりこえるのに、人間の政治家より電子頭脳の計算にたよることにした。　しかし２つのポリスの電子頭脳の主張が食い違い、その決着をつけるためそれぞれが戦争を指示する。そして互いに仕掛け合った超水爆で、なぜか５つのポリスとも破壊してしまう。　火の鳥は、かろうじて生き延びたマサトに、またあたらしい人類が誕生するのを見守る　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 20 - という使命をやりとげるために、永遠の命をさずける。地表に漏れだした放射能によって、マサトを除いて人類は完全に滅亡する。そして無定形生物ムーピーのタマミという恋人も死ぬ。果てしない孤独が始まる・・・。　マサトは猿田博士の研究にならって、タマミの代わりになるロボットをつくろとするが成功しない。次にほんものの人間のタマミをつくろうとするが成功しない。やはり何１０億年という時間がかかる進化を待つしかない。　そしてたしかに地球上に再び生命が誕生して進化を始める。ナメクジが知性を獲得していく。そしてマサトが語りかける。しかしナメクジはわれわれは万物の霊長として誕生したのであり、さらに進化して地上を支配すると答える。ところが２つの種に分かれ、戦い、絶滅する。やがて人類が誕生する。しかしそれは前と同じような人類だった。　途方に暮れたマサトに、火の鳥は私の体に飛び込んで「宇宙生命」に加われと呼びかける。そしてなんと宇宙生命になったタマミと出会い一体化する。そして火の鳥はさらに、新しい人類の新しい歴史を見守るために飛び続ける・・・。［３］手塚は何を伝えようとしたのだろうか。人類はやがて滅亡し、生命の歴史もくり返されると言いたいのだろうか。それとも滅亡を避ける知恵を持てと呼びかけているのだろうか。そうであれば、その知恵とは何であろうか。［４］かつてプラトンが精神の高さを求め、イデアこそ真の存在であると、観念論の立場を取った。１章の説明をくり返そう。『「観念」とは、人間の精神によって生み出されるものごとである。そして観念論は、世界はこの「観念」が根本である。現実のものごとは「観念」から生み出されるとする考え方である。』人間には確かに「自由意志」というものがある。それによって、自分の人生や人間の歴史を変えることができる。私はこれがもうひとつのよりどころであると考える。しかしこのよりどころには、自然科学のような方向性はない・・・。備考：精神の高さを求めた哲学者は、ソクラテスをはじめ数多い。［５］私には手塚がその知恵とは「博愛」であると言っているようにも思える。人間は唯一人では生きられない。いや人間だけでも生存することはできない。人間の共存を、そして「地球生命」の維持をこそ目指していくべきではないだろうか。　現代では、自分の利益を最上とし、そのためには競争に勝ち抜くべしという風潮が強い。また差し迫った人間の危機を見ないで自分の業績ばかりに目が向く科学者も多い。　どう生きるか、それは君たちひとりひとりの自由意志に掛かっている。自然科学と共にこの課題があることを認識するのも、「元素と原子の発見」を学ぶ目的なのである。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 21 - 主な参考文献玉井著「西洋哲学史（上・下）」（青木書店）「岩波　哲学・思想事典」久保著「化学史」（白水社）原著「化学入門」（岩波新書）江沢著「だれが原子を見たか」（岩波化学の本）日本化学会編「化学の原典８　元素の周期系」（東京大学出版会）トリフォノフ著「化学元素～発見の道」（内田老鶴圃）手塚作「火の鳥～未来編」（朝日ソノラマ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 22 - 　　実験、実習、調査　　　　　　　　目　次　　実験１　酸化鉛(Ⅱ)から鉛をつくる　　実験２　スチールウールの燃焼　　実験３　ろうそくの実験　　実験４　酸素の発見　　実験５　水素の発見　　実験６　マグネシウムの原子量　　実験７　塩化亜鉛の化学式　　実験８　水素と酸素の反応（デモ実験）　　実習　メンデレーエフの周期表　　調査　原爆の被害目次へ注意：「Ｄ」記号がある操作はドラフトで行う。テキストの関連部分へ実験１　酸化鉛(Ⅱ)から鉛をつくる（１）酸化鉛(Ⅱ)５ｇと細かくした木炭粉１ｇを、半紙の上で薬さじを使ってよく混ぜる。Ｄ（２）これをるつぼに入れて三脚に乗せた三角架に置き、始めは中火で、１分したら強火にして加熱する。参考：ふたはしない。Ｄ（３）そして２０ｃｍほどの針金でかき混ぜ続ける。Ｄ（４）１０～１０数分ほど加熱して、銀色の鉛の玉が大きくなったら火を止める。（５）冷めたら鉛を取り出し、電導性や展性を調べる。（６）混合物が入ったるつぼはそのまま返す。備考：後で重金属処理にまわす。　　　このやり方は山本さんから教わった。目次へテキストの関連部分へ実験２　スチールウールの燃焼（１）スチールウール（ボンスター）の質量を計る。（２）ほぐして板の上に置き、マッチで火をつけて、様子を観察する。（３）もう一度質量を計る。目次へテキストの関連部分へ実験３　ろうそくの実験（１）ろうそくに火をつけ、燃焼の様子を観察する。（２）その後で燃焼しているろうそくに集気びんを被せて、様子を観察する。（３）もう一度ろうそくに火をつけ、炎の上に３００ｍｌビーカーをかざして、様子を観察する。（４）集気びんに水酸化カルシウム水溶液（石灰水）を１ｃｍほど注ぐ。（５）「銅線」に短いろうそくを立て、火をつけて集気びんの中に差し入れ、ガラス円板でふたをして燃焼させる。（６）火が消えたらろうそくを取り出し、円板でふたをして燃焼ガスと水溶液を振り混ぜて、様子を観察する。目次へテキストの関連部分１へテキストの関連部分２へ実験４　酸素の発見（１）乾いた試験管の質量をｍｇまで正確に計る。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 23 - 　　　　空の試験管（　　　　　）ｇ（２）予め約１.５ｇ計り取ってある酸化銀を試験管に移して、全体の質量を計る。　　　　酸化銀（　　　　）ｇ（３）導管部をつないでスタンドに斜めに固定し、１［ｌ］ビーカーの中で２本の試験管に水上置換するための準備をする。（４）バーナーの中火で加熱し、その変化を観察する。参考：強熱すると、できる銀が融着して取り出せなくなる。（５）と同時に、１本目の試験管が気体で一杯になったら、すぐに２本目の試験管で捕集をする。参考：１本目の試験管の気体は捨てる。（６）気体の発生が終わったら、始めに２本目の試験管から導管を抜き出し、次にスタンドの試験管からゴムせんを外し、最後に火を消す。（７）２本目の試験管は気体を逃がさないように指で押さえ、火がついた線香を差し入れて、様子を観察する。（８）スタンドに固定した試験管は、冷めたら全体の質量をもう一度計る。　　　　残った物質（　　　　）ｇ（９）残った物質の一部をろ紙に移し、ガラス棒でこすったりして様子を観察する。（１０）残りは試験管ごと返却する。＜準備などのメモ＞・導管部　２号ゴムせん、５ｃｍガラス管（φ６）、４０ｃｍ軟質チューブ目次へテキストの関連部分へ実験５　水素の発見（１）５０ｍｌ三角フラスコに３ｍｏｌ/ｌ硫酸２０ｍｌと亜鉛片４ｇを入れ、導管部をつなぐ。（２）フラスコの空気が追い出されたら、ポリ袋部の空気を絞り出して導管部につなぐ（約１［ｌ］）。（３）発生がほぼ終わったら導管部を外して、ピンチコックを締める。（４）代わりにシャボン玉吹きを付け、シャボン液でシャボン玉をつくる。（５）上で待機していて、上昇するシャボン玉にチャッカマンで火をつけてみる。（６）混合物が入った三角フラスコはそのまま返却する。備考：後で重金属処理にまわす。＜準備などのメモ＞・導管部　　５号ゴムせん、５ｃｍガラス管（φ６）×２、４０ｃｍ軟質チューブ・ポリ袋部　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 24 - 　　８号ゴムせん、１５ｃｍガラス管（φ６）、ポリ袋、ビニタイ、５ｃｍ軟質チューブ、　　ピンチコック目次へテキストの関連部分１へテキストの関連部分２へ実験６　マグネシウムの原子量（１）空の「鉄製るつぼ」の質量をｍｇまで正確に計る。　　　　るつぼの質量（　　　　）ｇ（２）るつぼを容器にして、マグネシウム粉末（か粒）０.２５ｇほどを正確に計り取る。　　　　マグネシウムの質量（　　　　）ｇ（３）マグネシウムが底全体に広がるようにし、三脚に乗せた三角架にるつぼを置き、バーナーの中火で数分間加熱し、様子を観察する。参考：強火にすると激しく燃焼して、酸化マグネシウムが白煙になって失われる。（４）冷めたら、るつぼ全体の質量を計る。　　　　酸化マグネシウムの質量（　　　　）ｇ（５）酸素の原子量を１６として、マグネシウムの原子量を求めてみよう。＜準備などのメモ＞・「鉄製るつぼ」　　甘露ひしゃく（底面の外径が３０ｍｍ）の柄を切断してつくる。目次へテキストの関連部分へ実験７　塩化亜鉛の化学式（１）乾いた５０ｍｌビーカーの質量を計る。　　　　ビーカーの質量（　　　　）ｇ備考：天びんは０.０１ｇの精度でよい。（２）ビーカーを容器にして、亜鉛粉末１ｇほどを正確に計り取る。　　　　亜鉛の質量（　　　　）ｇＤ（３）試験管に濃塩酸５ｍｌをとり、ピペットでその２／３を加えて反応させる。さらに残りを加えガラス棒でかき混ぜてよく反応させる。Ｄ（４）反応が穏やかになってきたら、さらに濃塩酸２ｍｌを追加して亜鉛がほとんど無くなるまで反応させる。Ｄ（５）ビーカーをバーナーで強く加熱し、余分な塩化水素や水を追い出す。乾固が完了すると塩化亜鉛が蒸発して白煙が立ち始めるので、その時点で加熱を止める。参考：水を追い出している段階でも湯気が白っぽく見える。　　　塩化亜鉛が融解して、まだ水溶液が残っているように見えるので間違えない。　　　塩化亜鉛の白煙は真っ白である。迷うときはすぐ先生に尋ねる。（６）手で持てるようになったら、すぐにビーカー全体の質量を計る。　　　　塩化亜鉛の質量（　　　　）ｇ　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 25 - 注意：塩化亜鉛は吸湿性なので、放置すると質量が大きくなる。（７）ビーカーはそのまま返却する。備考：後で水を加えて溶かし、重金属処理にまわす。（８）原子量を使って、塩化亜鉛の化学式（組成式）を求めてみよう。　　　　Ｚｎ＝６５　　Ｃｌ＝３５.５目次へテキストの関連部分へ実験８　水素と酸素の反応（デモ実験）（１）「ビニールチューブ」をスタンドに固定し、下端が水そうの水に浸かるようにする。（２）点火部の銅線の先端をやすりで磨き、「チャッカマン」をつないで火花が飛ぶことを確認する。（３）下端にゴムせんをして水を最上位の目盛りまで注ぎ、点火部をはめて外れないようにビニールテープで固定する。注意：点火部を濡らさない。（４）下端のゴムせんを外し、簡易ボンベから、酸素４目盛り、水素を４目盛りを注入する。そして下から「コード」を差し入れて、気体を混合する。（５）「チャッカマン」を銅線につないで、火花を飛ばして点火する。（６）残った気体の体積を計る。（７）次に（２）からやり直して、酸素３目盛り、水素６目盛りの実験をする。＜準備などのメモ＞・「ビニールチューブ」　　４０ｃｍ透明ビニールチューブ（内径１５ｍｍ）に、始めは２.５ｃｍ、後は２ｃｍお　　きに目盛りを付ける。これを３５ｃｍの角材にビニールテープで固定する。・点火部　　２号ゴムせん、銅線×２・「コード」　　電気コードの先端を結ぶ。・「チャッカマン」　　圧電素子の部分をリード線で延長し、クリップを付ける。目次へテキストの関連部分へ実習　メンデレーエフの周期表備考：時間は５０分［ａ］手　順（１）空欄の「元素カード」１７枚に、下の「データ集」のデータをすべて記入する。（２）すべてのカードを切り離す。（３）元素カードを原子量の小さいものから大きいものへ順に並べる。そのとき同じ横の　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 26 - 行では右に行くと原子量が大きくなり、かつ性質が似た元素が縦の列に並ぶように適当に行を変える。（４）１行目は第１系列（現代では第１周期と言う）、２行目は第２系列・・・と書いたカードを置く。また１列目は第Ⅰ族（現代では１族と言う）、２列目は第Ⅱ族・・・と書いたカードを置く。（５）間違いが無いことを確認したら、「周期表台紙」に貼る（系列や族ははみ出して貼る）。（６）できた周期表から発見できることをまとめる。［ｂ］データ集 ①元素名 ②元素記号 ③原子量 ④水素化物の化学式、その中での元素の原子価、酸性度や塩基性度参考：「原子価の理論」によると、原子はそれぞれ決まった数の結合をつくる。原子価は　　　その数値である。たとえは水素は１価、酸素は２価、窒素は３価である。だから水　　　の化学式はＨ₂Ｏになり、アンモニアはＮＨ₃ になると言うのである。　　　ただしある原子が複数の原子価を持つこともまれではない。たとえば窒素は５価で　　　あることもある。　　　酸性度や塩基性度は水に溶けるものに限定している。 ⑤「高度酸化物」の化学式、その中での元素の原子価参考：高度酸化物とは、その元素と酸素との化合物の中で原子価がもっとも大きいもので　　　ある。たとえば炭素の酸化物には一酸化炭素ＣＯと二酸化炭素ＣＯ₂ がある。炭　　　素の原子価は前者が２価、後者が４価であり、二酸化炭素が高度酸化物である。ま　　　た硫黄の酸化物には二酸化硫黄ＳＯ₂ と三酸化硫黄ＳＯ₃ がある。硫黄の原子価　　　は前者が４価、後者が６価であり、三酸化硫黄が高度酸化物である。 ⑥高度酸化物が水と反応してできる水酸化物の化学式、酸性度や塩基性度参考：化学式の中のＯＨの部分は水酸基と呼ばれる。そしてたとえば硫酸は通常　　　Ｈ₂ＳＯ₄ と書くが、より結合の様子が分かるように書き直すとＳＯ₂(ＯＨ)₂ で　　　ある。つまり硫酸も水酸化物である。　　　水酸化物の中には、酸としても塩基としてもはたらくものがあり、両性と呼ばれる。 ⑦金属か非金属か参考：金属とは、金属光沢があり、電気や熱をよく伝えるものである。そして陽イオンに　　　なりやすく、その酸化物は水と反応して塩基になったり、酸と反応して塩を形成し　　　たりする。　　　非金属とは、金属でないものである。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 27 - ⑧原子容参考：原子容とは、元素が固体ないし液体状態にあるとき、その原子１ｍｏｌつまり原子　　　６×１０²³ 個が占める体積［ｃｍ³/ｍｏｌ］である。原子容が大きいとは、その原　　　子１個が占める空間が大きいことである。 ①アルミニウム　②Ａｌ　③２７.３ ④なし　⑤Ａｌ₂Ｏ₃ 、３価　⑥Ａｌ(ＯＨ)₃ 、両性　⑦金属　⑧１０ ①硫黄　②Ｓ　③３２ ④Ｈ₂Ｓ、２価、弱酸性　⑤ＳＯ₃ 、６価　⑥Ｈ₂ＳＯ₄ ＝ＳＯ₂(ＯＨ)₂ 、強酸性 ⑦非金属　⑧１６ ①塩素　②Ｃｌ　③３５.５ ④ＨＣｌ、１価、強酸性　⑤Ｃｌ₂Ｏ₇ 、７価 ⑥ＨＣｌＯ₄ ＝ＣｌＯ₃(ＯＨ) 、強酸性　⑦非金属　⑧２７ ①カリウム　②Ｋ　③３９ ④なし　⑤Ｋ₂Ｏ、１価　⑥ＫＯＨ、強塩基性　⑦金属　⑧４５ ①カルシウム　②Ｃａ　③４０ ④なし　⑤ＣａＯ、２価　⑥Ｃａ(ＯＨ)₂ 、強塩基性　⑦金属　⑧２６ ①ケイ素　②Ｓｉ　③２８ ④ＳｉＨ₄ 、４価、――　⑤ＳｉＯ₂ 、４価　⑥Ｈ₄ＳｉＯ₂ ＝Ｓｉ(ＯＨ)₄ 、弱酸性 ⑦非金属　⑧１１ ①酸素　②Ｏ　③１６ ④Ｈ₂Ｏ、２価、中性　⑤――　⑥――　⑦非金属　⑧データなし ①水素　②Ｈ　③１ ④――　⑤Ｈ₂Ｏ、１価　⑥――　⑦非金属　⑧データなし ①炭素　②Ｃ　③１２ ④ＣＨ₄ 、４価、――　⑤ＣＯ₂ 、４価　⑥Ｈ₂ＣＯ₃ ＝ＣＯ(ＯＨ)₂ 、弱酸性 ⑦非金属　⑧ダイヤモンド：３　黒鉛：５　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 28 - 参考：ダイヤモンドと黒鉛はいずれも炭素からできている（同素体）。 ①窒素　②Ｎ　③１４ ④ＮＨ₃ 、３価、弱塩基性　⑤Ｎ₂Ｏ₅ 、５価　⑥ＨＮＯ₃ ＝ＮＯ₂(ＯＨ) 、強酸性 ⑦非金属　⑧データなし ①ナトリウム　②Ｎａ　③２３ ④なし　⑤Ｎａ₂Ｏ、１価　⑥ＮａＯＨ、強塩基性　⑦金属　⑧２４ ①フッ素　②Ｆ　③１９ ④ＨＦ、１価、弱酸性　⑤なし　⑥なし　⑦非金属　⑧データなし ①ベリリウム　②Ｂｅ　③９.４ ④なし　⑤ＢｅＯ、２価　⑥Ｂｅ(ＯＨ)₂ 、――　⑦金属　⑧５ ①ホウ素　②Ｂ　③１１ ④なし　⑤Ｂ₂Ｏ₃ 、３価　⑥Ｈ₃ＢＯ₃ ＝Ｂ(ＯＨ)₃ 、弱酸性　⑦非金属　⑧４ ①マグネシウム　②Ｍｇ　③２４ ④なし　⑤ＭｇＯ、２価　⑥Ｍｇ(ＯＨ)₂ 、弱塩基性　⑦金属　⑧１４ ①リチウム　②Ｌｉ　③７ ④なし　⑤Ｌｉ₂Ｏ、１価　⑥ＬｉＯＨ、強塩基性　⑦金属　⑧１２ ①リン　②Ｐ　③３１ ④Ｈ₃Ｐ、３価、――　⑤Ｐ₂Ｏ₅ 、５価　⑥Ｈ₃ＰＯ₄ ＝ＰＯ(ＯＨ)₃ 、弱酸性 ⑦非金属　⑧１６目次へテキストの関連部分へ調査　原爆の被害　写真集、えほん、詩集などを見たり読んだりして、原子爆弾投下の意味を考えてみよう。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 29 - 展開例　６回で、１回が３時間とする。第１回　　１章　　実験１～４第２回　　実験５　　２章　　実験６第３回　　実験７　　３章　　実験８第４回　　４章　　５章［ａ］　　実習第５回　　５章［ｂ］、［ｃ］　　６章第６回　　調査　　７章　　意見交換　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 30 - 林正幸と主万子の始めのホームページ（to our initial Home Page）にもどる。