[スポンサーリンク]

元素の基本と仕組み

祝100周年!ー同位体ー

[スポンサーリンク]

原子ってなんだろう?原子の構造はどうなってるんだろう? 高校の化学の教科書のはじめにはだいたいこんなトピックスがありますよね。そして同位体とは何かについての記述も必ずあります。 でも我々人類が元素に同位体が存在する事に気づいて実はまだたった100年しか経ってないことはご存知でしたか?

 

今回は同位体100周年を記念しまして、ストックホルム大学のBrett F. Thornton博士とWorcester Polytechnic InstituteのShawn C. Burdette博士によるNature Chemistryのthesisをご紹介しましょう。前回はこちら

 

The straight dope on isotopes Thornton, B. F. and Burdette, S. C. Nature Chem. 5, 979-981 (2013). Doi: 10.1038/nchem.1810

 

ラザフォードノーベル化学賞を受賞したのは1908年の12月のことでした。その頃からある元素が放射性もつことは知られていたわけです。そのような物質はradio-elementと呼ばれていましたが、ウラントリウムをメンデレーエフの周期表でどのように扱えばいいのかは化学者の悩みの種でした。周期表はもはや役に立たないと考えた学者もいたようです。 ラザフォードはノーベル化学賞受賞の後間も無くスウェーデンのウプサラ大学Daniel StromholmTheodor Svedbergという二人の化学者に出会います。彼らは当時ラジウムトリウムXアクチニウムXとして知られていた三つのradio-elementは全て同じものであり、周期表で同一のグループに入れるべきであることを結晶の解析によって明らかにしました。現在ではその三つはそれぞれ226Ra, 224Ra, 223Raであることがわかっています。

しかし、ラザフォードはそれを認めようとしなかったそうです。彼らは論文として発表しましたが、あまり注目されなかったようです[1]。 このような状態が一変するのは1913年の5月にJ. J. Thomsonが重さの異なる(20と22)二種類のネオンについて報告してからです[2]。そしてFrederick SoddyNature誌1913年12月4日号にに同位体の概念についての提案を発表しました[3]。ここで同位体は”化学的に同一で核電荷のことなる原子”と仮定されています。isotopeはギリシャ語で同じ場所を意味しており、この用語はある晩餐会でSoddyに提案されたとされます。9年後にSoddyは1921年に放射性物質の化学に関する研究でノーベル賞を獲ることになりますが、受賞スピーチで二人のスウェーデン化学者の貢献について述懐しています。

 

isotope_2.jpg“同位体”の祖 写真は文献より引用

Soddyは同位体がなぜ化学的に同じ振る舞いをするのかについて、外側は同一であるが、内側が異なるからと述べています。現在では自明となっていますが、原子の化学的性質は外側の電子が主に関係しており、内側の原子核にある陽子、中性子はあまり関係ないことを示したのです。それでも様々な議論はあったようですが、Georg HevesyとFriedrich Panethは鉛の同位体が電気化学的実験において全く同じ振る舞いをすることを示しました。

isotope_3.jpg核図表の前で佇むGlenn Seaborg 写真は文献より引用

現在では3000あまりの同位体が知られており、あと3-4千はあるのではないかと言われています。理研のこちらのページではそれらの同位体を図にしたもの、核図表のポスターをダウンロードすることができます。また、IAEAのページではインタラクティブな核図表があります。

isotope_1.jpg先日のサイエンスアゴラにおける日本原子力研究開発機構が出展していたブロックで作る核図表

教科書には同位体間に化学的な差はないと書かれていますが、果たしてそうでしょうか?1932年にUreyは重水素を発見し、1Hとは化学的性質が異なることを見出しています。さすがに質量数が倍ですからね。違いはあっても不思議ではありません。これは特殊なケースということで目をつぶりましょうか。 では化学者にとって同位体とはどんな関わりがあるでしょうか。まずは同位体間の化学的差異を見つけるというのもいいでしょう。もっと身近には同位体が化学的にほとんど変わらないことを利用した実験というのが考えられます。速度論的同位体効果は化学反応を理解するためにはなくてはならないものになっています。また、化学のみならず同位体は地球や火星の歴史までも紐解いてくれたりもします。 100年近く化学者は同位体についてあまり考えてこなかったようにも思えます。周期表を見れば原子量が載っていますが、これは地球上の同位体比が反映されたもので、決して定数ではありません。新しい、より精度の高い測定法が開発される度、ちょくちょく原子量は変わっています。より精度を上げることで何か見えてくるものもあることでしょう。 では現代の化学者にとって同位体とはなんでしょう?次の100年においてどんな位置づけになるでしょうか?化学的に興味深い、活発な研究領域、あるいは不可欠なツールとなるでしょうか? 答えはあなたがどんな化学者なのかにかかっているのかもしれません。 ちなみにタイトル図は米国マイナーリーグのthe Albuquerque Isotopesのロゴに核図表をマージさせて作成しました。アルバカーキと言えばロスアラモス研究所なども近いですので面白い命名ですね。こちらに命名の経緯があります。

 

関連文献

[1] Stromholm, D. & Svedberg. T. Z. Anorg. Chem. 63, 197-206 (1909).

[2] Thomson, J. J. Proc. R. Soc. Lond. A 89, 1-20 (1913).

[3] Soddy, F. W. Nature 92, 399-400 (1913).

関連書籍

[amazonjs asin=”4422420046″ locale=”JP” title=”世界で一番美しい元素図鑑”][amazonjs asin=”489073211X” locale=”JP” title=”アイソトープ手帳”][amazonjs asin=”4890731806″ locale=”JP” title=”やさしい放射線とアイソトープ”]
Avatar photo

ペリプラノン

投稿者の記事一覧

有機合成化学が専門。主に天然物化学、ケミカルバイオロジーについて書いていきたいと思います。

関連記事

  1. 結晶構造に基づいた酵素機能の解明ーロバスタチン生合成に関わる還元…
  2. キラルシリカを“微小らせん石英セル”として利用した円偏光発光制御…
  3. パーソナライズド・エナジー構想
  4. NMRのプローブと測定(Bruker編)
  5. 化学者のためのエレクトロニクス入門⑤ ~ディスプレイ分野などで活…
  6. 原油生産の切り札!? 国内原油生産の今昔物語
  7. 3日やったらやめられない:独自配位子開発と応用
  8. MEDCHEM NEWS 31-2号「2020年度医薬化学部会賞…

注目情報

ピックアップ記事

  1. マテリアルズ・インフォマティクスのためのSaaS miHub活用方法-研究開発を効率化する特徴的な機能を紹介-
  2. Chemistry Reference Resolverをさらに便利に!
  3. ヤンセン 新たな抗HIV薬の製造販売承認を取得
  4. グラファイト、グラフェン、ナノグラフェンの構造と電子・磁気機能【終了】
  5. 三井化学、触媒科学賞の受賞者を決定
  6. 化学・バイオつくば財団賞:2研究が受賞 /茨城
  7. Pythonで気軽に化学・化学工学
  8. 米国へ講演旅行にいってきました:Part I
  9. 新しい抗生物質発見:MRSAを1分で99.99%殺菌
  10. 有機触媒によるトリフルオロボレート塩の不斉共役付加

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2013年12月
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031  

注目情報

最新記事

第32回光学活性化合物シンポジウム

第32回光学活性化合物シンポジウムのご案内光学活性化合物の合成および機能創出に関する研究で顕著な…

位置・立体選択的に糖を重水素化するフロー合成法を確立 ― Ru/C触媒カートリッジで150時間以上の連続運転を実証 ―

第 659回のスポットライトリサーチは、岐阜薬科大学大学院 アドバンストケミストリー…

【JAICI Science Dictionary Pro (JSD Pro)】CAS SciFinder®と一緒に活用したいサイエンス辞書サービス

ケムステ読者の皆様には、CAS が提供する科学情報検索ツール CAS SciFind…

有機合成化学協会誌2025年5月号:特集号 有機合成化学の力量を活かした構造有機化学のフロンティア

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年5月号がオンラインで公開されています!…

ジョセップ・コルネラ Josep Cornella

ジョセップ・コルネラ(Josep Cornella、1985年2月2日–)はスペイン出身の有機・無機…

電気化学と数理モデルを活用して、複雑な酵素反応の解析に成功

第658回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院 農学研究科(生体機能化学研究室)修士2年の市川…

ティム ニューハウス Timothy R. Newhouse

ティモシー・ニューハウス(Timothy R. Newhouse、19xx年xx月x日–)はアメリカ…

熊谷 直哉 Naoya Kumagai

熊谷 直哉 (くまがいなおや、1978年1月11日–)は日本の有機化学者である。慶應義塾大学教授…

マシンラーニングを用いて光スイッチング分子をデザイン!

第657 回のスポットライトリサーチは、北海道大学 化学反応創成研究拠点 (IC…

分子分光学の基礎

こんにちは、Spectol21です!分子分光学研究室出身の筆者としては今回の本を見逃…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP