元素の種類はどうして増えたのでしょうか。

質問

高校の化学どまりの知識しかない素人であることを最初に告白して、初心者質問致します。当方文系ですので、お手柔らかにお願いします。

太古の昔、宇宙には水素しかなかったと聞きます。
そこからヘリウム、窒素、酸素、炭素などができていったとききます。今では元素表を見ると聞いたことのないカタカナの元素までたくさんの元素があります。

高校化学の先生は、「元素の違いは、電子殻をまわっている電子の数の違いだ」と教えてくれました。それが水素なのか酸素なのかという違いは電子の数の違いなんだ、と高校生の時に感動しました。

しかし、もともと存在しなかった元素が新しく生まれる、つまり電子の数の異なる元素がこの世に誕生するそもそものきっかけとは何なのでしょうか。

これから先、この宇宙にはまだ元素表に乗っていないような新しい物質・元素が誕生することもあるのでしょうか。

この授業を習ってから、おいしい飲み物も、ドブを流れている汚い下水を見ても、「所詮、きれい汚いだのおいしいまずいだのの違いは、電子の数の違いに過ぎないんだ!」と思うようになりました。この考え方は合っていますでしょうか。

回答No.1

hg3 · ベストアンサー

「元素の違いは、電子殻をまわっている電子の数の違い」
というのは、半分正しいですが、半分違います。
元素の違いは、電子の数だけでなく、原子核を構成する陽子および中性子の数も違います。

例えば、水素の原子核は陽子１個、つまり水素は陽子1個と電子１個です。
また酸素なら、原子核は陽子8個と中性子8個、そして電子8個からなる元素です。

周期律表の原子番号は、陽子の数を表しています。
高校の教科書などにある周期律表を見てみましょう。
水素は原子番号１、酸素は、原子番号8であることがわかるでしょう。
原発などで使われるウランの原子番号は92従ってウランの原子核には陽子が92個あるのです。

それから周期律表には、原子量という数字も書いてあるでしょう。
これは、原子核の陽子＋中性子の数と考えて良いのです。
水素なら原子量１。酸素なら16になっているはずです。
前述のウランなら238です。つまりウランの原子核は陽子92個、中性子146個ということがわかります。

同じ元素でも中性子の数が異なる場合もあります。これを同位体と言いますが、説明が長くなるので割愛します。

陽子は＋の電荷をもっています。一方電子は－の電荷をもっています。よって陽子1個と電子1個でちょうど±0になります。従って、元素を構成する陽子の数と電子の数は同じになっていると考えると分かりやすいでしょう。
つまり、元素の違いは電子の数の違いというより、陽子の数の違いと言った方が正しいでしょう。

前置きが長くなりましたが、ご質問のもともと存在しなかった元素が新しく生まれるのはなぜかという質問の回答ですが、簡単に言うと、星（太陽のような恒星）で核融合反応が起きているからです。

例えば、水素の原子核の陽子2個と中性子2個がくっつくと、これはヘリウムの原子核になります。
つまり水素2個が核融合反応を起こすとヘリウムと言う新たな元素が生まれるわけです。
星の中ではこのような核融合反応が起きいろいろな元素が作られているのです。
そして、その星の寿命が尽き爆発するとそれらの元素が宇宙にまき散らされます。それが、新たな恒星やその周りをまわる惑星の材料となるわけです。

長々と前置きを書いたのは、これを説明したかったからです。

＞まだ元素表に乗っていないような新しい物質・元素が誕生することもあるのでしょうか。
当然ありえます。
実は、現在の地球上に天然に存在している元素のうち、大量に存在しているもので最も原子番号が大きいものはウランです。
ウランより原子番号の大きな元素は、例えばプルトニウムなどは、基本的に原子炉や粒子加速器で人工的に作られたものものなのです。
（プルトニウムなどは、実際には天然にも極めて微量に存在しますが・・・。）
今後も、研究が進み、新たな元素が見つかることと思います。

回答No.3

ORUKA1951

●元素の種類は電子ではなく原子核に存在する陽子の数で決まります。
●宇宙が誕生して陽子と電子が出会い軽い元素が出来ました。それが集まり最初の恒星が沢山生じました。（恒星種族II）そして重力で圧縮された原子は核融合を起こして次々に重い元素ができました。
●水素が消費されると縮まってヘリウムなどが核融合を始める。それもなくなるとさらにと続き、最後には恒星は潰れて破裂しますが、その時に最後の核融合が起きて重元素も出来ます。
●それらふたたび集まって第二世代の恒星（恒星種族I）が出来ます。
　種族と歴史は逆・・
　⇒元素合成 - Wikipedia( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%90%88%E6%88%90 )
　ウランより重い元素も作られますが、寿命が短いため、ウラン238より重い当時作られた元素は残っていません。

[物質と元素の違い]
　例えば塩素は猛毒ですが、ナトリウムと結びついた塩化ナトリウムは人体に必須です。物質を構成する元素ではなく、物質は様々な元素が様々な結びつき方をして作られています。
例えば、ダイヤモンドと黒鉛や炭は同じ炭素で出来ていますが、異なる物質です。水素と炭素だけから出来ている物質でもメタンやプロパンのような気体からパラフィンロウのような固体がありますし、炭水化物は炭素と水素と水だけ、タンパク質はそれに加えて窒素とその他のいくつかの元素からだけ出来てます。
　化学で学ばれたと思いますが、蒸留や濾過や再結晶などの物理的手段では、それ以上分けられない。その何処を取り出しても同じ性質のものを純物質と習ったはずです。私たちの身近にある物質はほとんど混合物です。

「所詮、きれい汚いだのおいしいまずいだのの違いは、電子の数の違いに過ぎないんだ!」
　いいえ、「きれい」「汚い」と言う言葉が何を意味するかをきちんと定義しないと・・、細菌や有毒な物質が含まれていることを汚いとするなら、オシッコはとてもきれいな物--濾過されたものですからね---になります。

「当方文系ですので、」
は、以上でお気づきだと思いますが、何を知っているかの知識ではなく、客観的に誰でも納得できる説明を求めるか、「きれい」「汚い」という感覚だけで判断するかの違いじゃないかと。
　数学にしろ理科にしろ、統一した客観的な原理原則で説明されなければ納得できない--式を覚えるのではなく、なぜその式が成り立つかを知らなければ気がすまない。論理だけ字や説明できなきゃ実験や観察でそれを証明しなけりゃすまない・・の違いじゃないかと。

　先生が「元素の違いは、電子殻をまわっている電子の数の違いだ」と言えば、「塩素イオンとカリウムイオン・・電子数はアルゴンと同じなのに性質が違うけどおかしくない？？？」と気が付くか付かないかが理系と文系の違いかもしれませんね。先生だろうが、迷信だろうが宗教だろうが・・信じてしまわない。感覚で判断しない。
　天然由来だから・・・ふぐ毒も天然由来だけど？？？
　無農薬・・・害虫や寄生虫がいなくなったのは農薬のおかげじゃないの？？
　　　　　　周囲で使ってくれてるからこそ成り立つ
とか・・

回答No.2

potachie

大きな考え違いをしていると思います。

宇宙（空間）でできる元素は、水素とヘリウムだけです。炭素など、われわれの体を作る主な元素は、太陽などの恒星の中でできました。そして、恒星の中でできるのは鉄までです。鉄よりも重い元素は、恒星の終焉、超新星爆発などでできます。
なので、初代の恒星には地球型惑星はありませんでした。生命もできません。銅など生命に必要な微量元素は、太陽の中、恒星の終焉の際にできたものです。
今の太陽は、２代目の恒星なんです。なので、地球があり、生命がいるんです。

最近「見つかった」元素はありません。最近増えた元素は、見つけたのではなく、「作った」んです。元素と元素をぶつけると大きな元素ができることがあります。その実験を行い、短命な元素の痕跡を見つけるわけです。遠くで爆発した恒星からも見つかるのではと期待されています。

＞　この授業を習ってから、おいしい飲み物も、ドブを流れている汚い下水を見ても、「所詮、きれい汚いだのおいしいまずいだのの違いは、電子の数の違いに過ぎないんだ!」と思うようになりました。この考え方は合っていますでしょうか。

大きく間違っています。化学、物理、生物を混同しています。
元素は化学物質ではありません。あくまでも原子の種類です。美味しい飲み物を決めるのは、化学物質で、元素の組み合わせからなる物質の配合です。水素元素は水素元素であり、それ以外のものにはなりませんが、水素原子と酸素原子の組み合わせで水分子ができます。水に何かが混ざると、美味しい水になり、汚れた水になります。あと、今話題のトリチウム（三重水素）を含んだ水は、一種の汚れた水そのものになります。
ゆとり教育で最も悪い点が、元素と原子の区別を付けずに教えてしまったことです。原子はモノの名前、元素はグループの名前です。ダイヤモンドなどのまともなサイトで、トリチウム（三重水素）を除去するのではなく、水素に分解する　なんて記事を平気で扱えるようになってしまうんですね。
http://blog.goo.ne.jp/kimito39/e/891284f79dd2c863ea58e15ece61d1e3

「汚れた」は、
　　放射性元素　で汚れる　・・・物理の分野
　　毒性のあるものが混ざる　・・・化学の分野
　　毒性がある（または観念上、嫌悪感がある）生物を含む　・・・生物の分野
になります。
人間を傷つける「何か」が入っているものを指して「汚れた」と表現するんです。けっして、電子の数がどうこう、というだけではありません。