2014年05月26日

ミクロの世界その1

ミクロの世界その1

宇宙の次はミクロの世界を見ていきます。
極限(極大、極小)の世界を探求するという知的欲求は、なんていうか人間の本能のように思います。


KEK の Web pageから.jpg
コップ一杯の水(180ml)には、およそ6x10の24乗個の水分子があります。

水分子は化学式でH2O(2は小文字)。
1個の酸素(O)が2個の水素(H)と共有結合した分子です。


酸素の原子は、中心に原子核があり、原子核の周りに8個の電子(素粒子の一つ)が存在します。





酸素の原子核は8個の陽子と8個の中性子で出来ています。




1個の陽子、1個の中性子はそれぞれ3個のクォーク(素粒子の一つ)から出来ています。

左図は KEK の Web pageから引用しました。

素粒子の詳しい説明は、次回にします。





ここでちょっと脱線

電子の荷電は-1です。原子核の中の陽子の荷電は+1で、中性子は荷電ゼロです。8個の電子と8個の陽子で8*(-1)+8*(+1)=0となり、酸素原子はトータル電荷ゼロになります。

8個の電子は8個の陽子とクーロン力(電磁力)で引き合っています。
ただ単に引き合っているだけだと、電子は原子核まで落ち込んでしまいますが、電子は不思議な性質を持っています。
それは電子は質量を持つ粒子であると同時に、波の性質も併せ持っているということです。波である電子が原子核の周りを周回するためには、軌道長は波の波長の整数倍である必要があります(ボーアの量子条件)。
ボーアの量子条件.png

そのため電子の軌道は飛び飛びの値をとり、ある最低エネルギーの軌道(1s軌道)より内側には落ち込むことはなく、また電子へのエネルギーの授受のない場合は一定軌道を回り続けます。

酸素原子に比べて酸素の原子核は1万分の1程の大きさになります。
この原子核の中に8個の陽子と8個の中性子が詰まっているのですが、陽子は+同士の荷電にもかかわらず普通斥力によってバラバラになることはありません。それは原子核内に核力が働いているためです。核力の正体は改めて紹介します。

あと電子は原子核に比べてももの凄く小さい(残念ながら不確定性原理のため正確な大きさを知ることは出来ません・・・1.0×10^(-20) cm以下)ので、原子は結構スカスカです。今から100年ほど前、ラザフォードとその弟子達がアルファ線(ヘリウムの原子核)を金箔に当てることによって始めて原子内部の構造を明らかにしました。

究極のミクロ物質の探求は百数十年前から行われてきましたが、いまだ研究の途上です。

次回は素粒子についてお話しします。


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posted by SR400 at 15:09| Comment(4) | ミクロの世界 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
この記事へのコメント
SRさんこんばんは。
難しい内容に?マークが頭の中をクルクルしてます。笑。
私の頭では脱線した後からが???でした。笑。
こりゃ中学生からやり直したい気持ちになりました。
が、ミクロの世界を知りたいですし、きっと楽しいはず!っと信じ、宿題にして
色々調べてみます。
SRさんってやっぱりすごいなぁ!!
Posted by 炭酸マスク at 2014年05月26日 22:43
炭酸マスクさんこんばんは。
どうしても科学用語を使っちゃうんで、すんなりとは理解しがたいですよね。
脱線以降は忘れてもらってかまいません^^
ただ電子の変な性質、粒子でありながら波でもあるというのは知っていて欲しいと思います。これは素粒子の特徴なんですけど、究極に小さい世界は我々の常識では理解できないのです。なんと言ったらいいのか。。。 仏教の解釈みたいな色即是空の世界なんだと思います。この分野は量子力学と言うのですが、多分本当の意味で理解している学者さんはいないと思っています。

あそれと、自分は材料化学やプラント設計が専門でして、ブログで書いているこの方面に関しては、ほぼ度素人です^^;
Posted by SR at 2014年05月27日 21:36
SR さんこんばんは。笑。電子の変な性質は以前添付されてましたYouTubeて拝見したので
イメージはわきます。
何となくですが仏教と通ずるものがあると感じるお気持ち分かります。
私もそう感じますし♪
私の中では勝手な思い込みですが、SRさんは、製薬会社とか、薬や化学分野のお仕事をされてるんじゃないかと思ってました。
そしてそしてまたまた勝手な思い込みですが、筋肉ムキムキワイルド系なイメージでした。
本当勝手な思い込みばかりですみません( ノД`)…
高知は雨だったんですね。寒かったり暑かったりですが、お体用心されて下さいね。
ブログ楽しみにしてます
Posted by 炭酸マスク at 2014年05月27日 22:39
炭酸マスクさんこんばんは。
化学関係は化学関係なのですが、製薬・薬関係とはほど遠いですね。
30過ぎから49歳まで筋トレしてたのでそれなりの体型してました。移植後はしばらく運動してなかったんですけど、今回の病気が発覚する前、数年間ほど筋トレ、フルコン空手、ボクシング(マス・ボクシングまで)を行っていました。昨年の今頃(正確には5月のGW中)は右背中部位の肋骨を組み手で折っていたので、骨が癒着するまでは近所の山を走っていました。6月初旬から道場とジム再会したんですが、そのころすでに走ったり有酸素運動をすると、すぐに息が上がるんで変だなとは思っていたんですが。。。8月末の気管支鏡検査で左肺の大きな気管支が腫瘍でつぶれかけていたそうです。
5月に肺のレントゲン撮ってるんですけど、詳細に見たら腫瘍を発見できていたのかも知れません。
7月の末から左背中背部に激痛が走るようになりました。こんどは特に打撃を受けたわけではないのに、また骨折かな?って感じで受診を受けたのが病気発覚の始まりです。整形から始まり、循環器科、呼吸器内科と回り回って、最終診断がつくのに8月いっぱいかかりました。
あとですが、昨年の8月から運動はおろか寝たきりに近い状態です。筋肉が衰える速さに正直びっくりです。今では時々杖が必要な具合です。この一年での変わりようにはさすがの小生も呆れかえっています。ハイ。
Posted by SR at 2014年05月28日 18:57
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