原子の姿

質問

patofuさん～回答ありがとうございました。それに対する質問ですが・・・・。
(1)「電子顕微鏡で見ると球形をしています。電子が雲のように原子核の周りを覆っているとイメージしてください。」とありますが、水素で考えると陽子1個とその1/1800の電子が1個です。たった1個の電子が1800倍の陽子を雲のように覆っているって～どういうことですか？？理解でません。教えてください。
(2)「原子が電子顕微鏡で見ると球形」私も本で見たことあります。あれって本当に原子なんですか～？？
原子核でないのですか？？だって電子は小さすぎます。原子は原子核と電子だけでできてるなら電子顕微鏡見えるのは原子核だけのような気がしますが？？
(3)電子の存在する場所は特定できない」とすると、原子の直径はどうやって求めるんですか？？

回答No.5

chimori

No.1です。

　質問者様の年齢や背景がよくわからないので、なるべくやさしい書き方をしたんですが、私へのお礼を見ると高校生のようですね（余談ですが他の回答者の方へはきちんとした敬語を使っているのに、私に対してはふざけたようなタメ語なのは何か含むところがあるんでしょうかね？　質問者がもし小学生でもわかるようにやさしく丁寧に回答したつもりなんだけどな・・・残念です）。
　高校生なら、都筑卓司先生の「10歳からの相対性理論」や「10歳からのクォーク入門」などもオススメですよ。確か「10歳からの不確定性原理」という、ニールス・ボーアとハイゼンベルグを中心とした伝記っぽいのもあったと思うんだけど、検索には引っかかってきませんね。

　このボーアとハイゼンベルグの交流と、コペンハーゲン解釈を題材にした戯曲があります。その名も「コペンハーゲン」（マイケル・フレイン）。数年前に日本でも上演され、江守徹が情熱的なボーアをやっていて、面白い舞台でした。その上不確定性原理も分かってしまう、オトクな戯曲です。戯曲は小田島恒志訳で出ていますので、読んでみたらいかが？

お礼

ごめんなさい。回答者様の文を読んでいて～優しいお兄ちゃんに教えてもらってるような気分になっちゃたのです。なので～つい甘えて変な言葉使いになってしまいました。私には兄がいなくて、優しい兄がほしいなって思ってたから、つい・・・・
ごめんなさい。
戯曲見てみたかった。本探してみます。
有難うざいました。

回答No.4

sekisei

私も横から・・・

暇があれば本を読まれることをお勧めします。
私が過去に読んで面白かったのはブルーバックス（講談社）の”量子の謎をとく”です。
量子力学の初期の話しが書いてあります。

(1)ですが、別の表現でフラッシュをたいて写真を何枚も撮影し、得られた写真をモンタージュを重ねるようにどんどん重ねるというイメージではどうでしょうか。
一枚一枚は原子核と電子がある距離をおいて写っている写真ですが、重ねるにしたがって、原子核を中心にある半径付近に電子が球殻状に分布している像になります。
（さらに別のイメージでは夜の街灯の周りに飛び回っているたくさんの虫でしょうか）

これもあくまで古典的なイメージです。

量子力学、特に電子について面白いHPを参考に載せておきます。
http://www.englink21.com/i-eng/column/tuika/cmigi.htm
このHPのうち１の電子の不思議な波のところです（それ以外は難しいです）
また、電子顕微鏡ではないのですが原子の画像がありましたので載せておきます。
http://www.almaden.ibm.com/vis/stm/images/stm16.jpg
解説文が無いので想像ですが、これは恐らく走査トンネル顕微鏡（STM)という電子顕微鏡よりもさらに小さい物を見る顕微鏡の画像だと思います。
画面上の小さい粒粒が原子でSTMを使って円状に原子を並べている様子です。

お礼

有難うございました。
HPとても参考になりました。

回答No.3

sak_sak

#2です
「残像」というのは古典的解釈です。この解釈が悪いという人も当然いると思います。
あなたが古典的解釈を選ぶか、量子論的解釈を選ぶか明言しないと、色々な回答が出てきて、
あなた自身が混乱することになると思います。

「残像」に関しては「コペンハーゲン解釈」あたりを勉強してください。
「神はサイコロを振らない(サイコロ遊びをしない)」とアインシュタインが言ったくらい
当時の先端科学者達の大論議の的であったような話なのですから、理解は簡単ではないと思いますよ。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%9A%E3%83%B3%E3%83%8F%E3%83%BC%E3%82%B2%E3%83%B3%E8%A7%A3%E9%87%88

お礼

有難うございました。
何かこの辺になると哲学的範疇になっちゃうの～？？

回答No.2

sak_sak

非常に大雑把に言います。

(1)アニメで主人公などが、すごい速さで動くのでぼやけて煙みたいになって
描かれていることがありますよね?
そういうアニメでは「残像」なんて言ってますけど、それをイメージしてください。
電子は原子核の周りをもの凄い速さで回っていますから、はっきりとした点には
写らないのです(本当は正確に言えば(3)と関係するのですが)。

(2)ということで、「原子」と言われて見ているのは、ぼやけた電子の「残像」(電子雲
と呼びます)を見ているわけです。
原子核は原子より遥かに小さいですから、電子顕微鏡でも写らないです。

(3)空に浮かぶ雲を思い出してください。
雲の大きさってあるでしょうけど、雲と雲じゃないところの境目ってはっきりしない筈ですよね。
原子の大きさもはっきりとしてはいません。なので原子の直径も色々な決め方があります。
結晶格子の格子定数(格子の間隔)から求める場合もありますし、
電子が最も高い確率で存在する場所を用いる場合もあります(この場合、
おもしろいことに電子が丸い軌道を描くとして計算したときの半径と一致するんです)。

お礼

電子顕微鏡見える原子って「ぼやけた電子の残像」なんですか？？
知りませんでした。本当ですか～？？
有難うございました。
参考になりました。
謎は深まるばかりです～。

回答No.1

chimori

横から口をはさみます。^^
　大学の広域科目までの知識なので、模式的かもしれませんが・・・

　(1)水素で考えると陽子1個とその1/1800の電子、っていうのは、「質量比」の話です。
　それからね、質問者様、電子って、本当は粒じゃないんです。エネルギーの分布状態なんです。
　中学校の教科書とか啓蒙書とかでよく見る、原子核のまわりをちっちゃな電子の粒が、太陽と地球みたいに回っている、というのは、理解しやすくするために分かりやすく簡単にした「図」です。本当は、つぶつぶがぐるぐる、なんてしてません。「雲のようにおおっている」というのは、そのエネルギーの分布状態のことを指しているんですよ。その分布状態が変わり、他の原子とエネルギー分布を共有して結びつき、分子を作ったりするのが、共有結合です。大学1年の有機化学のいっちばん最初、アルカンをやるときに、大抵はこの話を聞きます。すげー凝り性の化学教師だったら、高校化学でも教えます。

(2)上で書いたように、原子核と原子はバラバラに見えたりはしませんよ。地球と月とか、太陽と地球みたいな形は、残念ながらしていないんです。

(3)エネルギーが偏って分布しているところはどこからどこまでか、というのを、原子の直径にします。
　うーん、例えるなら、地球が原子核で大気が電子、地球の中心から大気圏の終わりまでが原子の半径に当たる、というのが、わかりやすいかなぁ・・・。

　当方何しろ理学部でないもので、概説的な把握かもしれませんが、ご参考までに。

お礼

ありがとう～凄く分かり易かったよ～。
この一週間くらい電子が気になって、ネットや本で調べまくってました。
でも～まだよく理解できないです。量子学の本を調べたけど難しくて分からんよ～？？高校生には無理かな～？？
でも、電子は粒であるとも波でもあると書いてあったよ。
大きさは1兆分の1ミリメートルっあったよ。
凄く知りたいけど・・・・私の頭じゃ無理かしら～。