[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

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

The following two tabs change content below.
ペリプラノン

ペリプラノン

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。
ペリプラノン

最新記事 by ペリプラノン (全て見る)

関連記事

  1. 活性が大幅に向上したアンモニア合成触媒について
  2. 未来の車は燃料電池車でも電気自動車でもなくアンモニア車に?
  3. 学会に行こう!高校生も研究発表できます
  4. 魔法のカイロ アラジン
  5. 近赤外光を吸収する有機分子集合体の発見
  6. 「重曹でお掃除」の化学(その1)
  7. 環歪みを細胞取り込みに活かす
  8. ケミストリ・ソングス【Part1】

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. ヒドロシリル化反応 Hydrosilylation
  2. 岡本佳男 Yoshio Okamoto
  3. 雷神にそっくり?ベンゼン環にカミナリ走る
  4. 触媒なの? ?自殺する酵素?
  5. 「薬学の父」長井博士、半生を映画化へ
  6. コランニュレンの安定結合を切る
  7. シリル系保護基 Silyl Protective Group
  8. テトロドトキシン てとろどときしん tetrodotoxin(TTX)
  9. グルコース (glucose)
  10. ショッテン・バウマン反応 Schotten-Baumann Reaction

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

イオンの出入りを制御するキャップ付き分子容器の開発

第124回のスポットライトリサーチは、金沢大学 理工研究域物質化学系錯体化学研究分野(錯体化学・超分…

リチウムイオン電池の課題のはなし-1

Tshozoです。以前リチウムイオン電池に関するトピックを2つほど紹介した(記事:リチウムイ…

アルコールをアルキル化剤に!ヘテロ芳香環のC-Hアルキル化

2015年、プリンストン大学・D. W. C. MacMillanらは、水素移動触媒(HAT)および…

三種類の分子が自発的に整列した構造をもつ超分子共重合ポリマーの開発

第123回のスポットライトリサーチは、テキサス大学オースティン校博士研究員(Jonathan L. …

超分子化学と機能性材料に関する国際シンポジウム2018

「超分子化学と機能性材料に関する国際シンポジウム2018」CEMS International Sy…

アメリカで Ph. D. を取る –研究室に訪問するの巻–

この連載は、米国の大学院で Ph.D. を取得することを目指す学生が日記感覚で近況を記録するためのも…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP