鉄が地球の環境を救う!(その2):① すべての生命は鉄を必要としている:<1>原子構造と電子の役割
① すべての生命は鉄を必要としている

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http://www.brh.co.jp/about/emaki.html

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生命誌絵巻

多様な生きものが長い時間の中で誕生した歴史と関係を表現。

扇の要は、地球上に生命体が誕生したとされる38億年前。以来、進化によって多様な生物が生まれ、扇の縁、すなわち現在のような豊かな生物界になりました。真核細胞の登場、多細胞生物の登場、長い海中生活後の上陸や種の爆発など、ドラマに満ちた生物の歴史物語が読み取れます。一つひとつの生きものが持つ歴史と多様な生きものの関係を示す新しい表現です。人間は扇の中にいること、すべての生きものが同じ38億年の歴史をもつ存在であることに気づいてください。


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http://www.wallpaperlink.com/bin/0801/04356.html

勿論、この表題の‘全ての生命’とは、‘地球上の生命’の事である。地球とは別の星での生命体では、‘鉄を必要とする’とは言えない!何故ならその星に‘鉄が存在しない’ことだってあり得るのだろうから・・・。ただし、地球型の星、太陽系で言えば、太陽に近い順に‘水星’、‘金星’、‘地球’、‘火星’の4つの星だったら、多分‘鉄’の成分の割合が大きいので、そこの生命体は、やはり‘鉄を必要とする’生き方をしているに違いない。

この広い宇宙には、専門家に言わせれば、地球環境に似た‘星’は、山ほどあるらしいのだが、‘地球型’となればやはりそれらの星が‘鉄’という元素を主体としていることが十分に考えられる。何故かについての詳細は別途報告するが、この考え方は‘星の出来方’から言えば‘鉄’という不思議な元素が持つ特性に依存するところが大きいからである!

さて、表題の意味するところは、正に地球が‘鉄’を主体とした星であること及び生命維持のための‘エネルギー確保’のための‘化学反応’に‘鉄(Fe)'という元素の持つと特異な‘原子構造’が関わっている事を示している。

鉄の原子構造を理解していなければ、

「‘すべての生命は鉄を必要としている’らしい」とか「‘すべての生命は鉄を必要としている’といわれている」という表現でしか他人に伝えることが出来ない!

確信を持って「‘すべての生命は鉄を必要としている’」というためには、鉄の持つ特異な‘原子構造’をきちんと理解しなければならない。

したがって、ここでは、復習 or 確認の意味で、原子構造についてもう一度見てみたい。

<1> 原子構造と電子の役割

http://www-im.dwc.doshisha.ac.jp/~genso/conte1.html
原子の構造と電子殻構造

 原子は、中心にある陽子と中性子からなる原子核と、その周りをとりまいて回る電子から出来ています。電子はマイナスの性質を持つ粒子、陽子はプラスの性質を持つ粒子、中性子はどちらの電気的性質も持たない粒子です。

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 そして周期表の原子番号=陽子の数=電子の数となります。つまりひとつの原子において、原子核の周りの電子の数と陽子の数が等しいので原子全体としては電気的に中性になっています。
 例えば、ヘリウムの原子番号は2で、原子核の中の陽子の数は2個、原子核の周りには2個の電子があります。(図を参照)

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電子殻

 原子核の周りの電子は、いくつかの層に分かれて存在しています。この層を電子殻といい、原子核から近い順に、K殻、L殻、M殻、N殻…とよばれます。それぞれの電子殻に入ることのできる最大の電子数は決まっています。

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 それぞれの電子殻に入る事のできる最大の電子数は、「2×nの2乗」個と表す事ができます。(K殻 n=1,L殻 n=2, M殻 n=3)。すなはち、K殻には2個、L殻には8個、M殻には18個入るということになります。

価電子

 原子の最も外側の電子殻に入っていて、原子がイオンになったり、原子同士が結合する時に重要な働きをする1~7個の電子を価電子といいます。例えば、炭素原子(C)はL殻に4個、塩素原子(Cl)はM殻に7個の価電子をもっています。
 価電子の数が同じ電子同士は化学的性質が良く似ています。

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http://www2.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter1/lecture5/lect1051.html
原子の電子配置

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原子の周りを飛び回っている電子は、デタラメに運動しているのではなく、ちゃんとしたルールにしたがっている。

1.電子殻の構造

原子では、陽子に等しい数の電子が、原子核の周りを飛び回っている。この様子をモデル的に見ると、電子は、それぞれいくつかの軌道に別れて運動している。この電子が飛び回る軌道を電子殻(でんしかく)という。
電子殻は、下のモデルように、原子核に近い内側から順に、K殻,L殻,M殻,・・・・と名づけられている。

ボーアの原子モデル
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電子殻の収容数

各電子殻には、無制限に電子が入れるわけではなく、各電子殻の電子の収容数は下表のように決まっている。

楽しい高校化学(第1章-第5講)-10001-2

参考
L殻の近似原子モデル
実際の電子殻は、ボーアの考えたモデルとは異なっている。例えば、L殻は一つの軌道ではなく、4つの小軌道(s軌道が1個とp軌道が3個)が立体的に合体したものと考えられる。小軌道の電子の収容数はすべて2個である。したがって、L殻の電子収容数は8個となる。実際、K殻以外の電子殻は、すべて小軌道が合体した構造になっている。

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楽しい高校化学(第1章-第5講)-10002-2

<中略>

4.原子の電子配置

原子番号が18番のアルゴンまでは、K殻から順に入っていくが、19番からは、やや複雑になる。M殻の9番目の位置(3d軌道)とN殻の1番目の位置(4s軌道)では、N殻の1番目の位置の方がエネルギーが低く、電子が入りやすい。そのため、原子番号19番のカリウムの場合、19番目の電子はN殻に入る。したがって最外殻はN殻となり価電子は1となる。
参考までに原子番号33番までの原子の電子配置を下記に示す。

楽しい高校化学(第1章-第5講)-20001-2楽しい高校化学(第1章-第5講)-20002-2


‘原子の構造’を思いだして貰うために紙面の大半を使ったが、この知識なくして‘鉄の本質’を知ることは無理であり、「すべての生命は鉄を必要としている」という事を理解することは出来ない!

(つづく)次回は、‘<2> 電子殻を構成する軌道’の話とその軌道を構成する‘小軌道’の種類及びその小軌道に何故‘2個’の電子しか入れないか?について
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