[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. 最強の文献管理ソフトはこれだ!
  2. 多価飽和脂肪酸の固相合成と抗炎症性脂肪酸の発見—ペプチドのように…
  3. ホウ素の力で空気が酸化に参加!?
  4. クロスカップリングはどうやって進行しているのか?
  5. 植物の受精効率を高める糖鎖「アモール」の発見
  6. 鉄の新たな可能性!?鉄を用いたWacker型酸化
  7. MEDCHEM NEWS 34-1 号「創薬を支える計測・検出技…
  8. マテリアルズ・インフォマティクスの普及に取り組む事業開発ポジショ…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 服用で意識不明6件、抗生剤に厚労省が注意呼びかけ
  2. ERATO 野崎 樹脂分解触媒:特任研究員募集のお知らせ
  3. 「産総研・触媒化学研究部門」ってどんな研究所?
  4. 元素周期 萌えて覚える化学の基本
  5. 谷野 圭持 Keiji Tanino
  6. サンケイ化学、フェロモン剤を自社生産
  7. 有望ヘリウム田を発見!? ヘリウム不足解消への希望
  8. 頻尿・尿失禁治療薬「ベシケア」を米国で発売 山之内製薬
  9. 【書評】スキルアップ有機化学 しっかり身につく基礎の基礎
  10. 分子光化学の原理

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

開発者に聞く!試薬の使い方セミナー2026 主催: 同仁化学研究所

この度、同仁化学研究所主催のオンラインセミナー(参加無料)を開催いたします。注目されるライフ…

町田 慎悟 Shingo MACHIDA

町田 慎悟(まちだ しんご, 1990年 06月 )は、日本の化学者。2026年1月現在、ファインセ…

ガリウムGa(I)/Ga(III)レドックス反応を経る化学変換 ―13族典型元素を基盤とする新規触媒設計への道を拓く―

第690回のスポットライトリサーチは、大阪大学大学院工学研究科(鳶巣研究室)博士後期課程2年の向井虹…

持てるキャリアを生かせるUターン転職を その難題をクリアしたLHHのマッチング力

両親が暮らす故郷に戻り、家族一緒に暮らしたい――そんなUターンの希望を持つ方にとって大きな懸念となる…

ケムステイブニングミキサー2026に参加しよう!

化学の研究者が1年に一度、一斉に集まる日本化学会春季年会。第106回となる今年は、3月17日(火…

理化学研究所・横浜市立大学の一般公開に参加してみた

bergです。去る2025年11月15日(土)、横浜市鶴見区にある、理化学研究所横浜キャンパスの一般…

【ジーシー】新卒採用情報(2027卒)

弊社の社是「施無畏」は、「相手の身になって行動する」といった意味があります。これを具現化することで存…

求人わずかな専門職へのキャリアチェンジ 30代の女性研究員のキャリアビジョンを実現

専門性が高いため、人材の流動性が低く、転職が難しい職種があります。特に多様な素材を扱うケミカル業界で…

FLPとなる2種類の触媒を用いたアミド・エステルの触媒的α-重水素化反応

第 689回のスポットライトリサーチは、九州大学大学院薬学府 環境調和創薬化学分野 …

第59回ケムステVシンポ「無機ポーラス材料が織りなす未来型機能デザイン」を開催します!

あけましておめでとうございます。2026年ですね。本記事は2026年のはじめのVシンポ、第59回ケム…

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