子ども園の授業で使う絵カード等
| ●はじめに どんな原子も，原子核（陽子と中性子）と電子でできている。 ただその数が違うだけ。 私はそれをずっとずっと不思議に思っていました。 まったく同じものが集まっただけなのに， ただ，その数が違うだけなのに， あんなに多種多様な原子になるなんて， 不思議でたまりませんでした。 しかし，私はずっと特にそれを追究しようとは思いませんでした。 「不思議だけどそういうものなんだ」とあきらめていたような気がします。 しかし，思いがけないことから，思いがけず，いろいろな勉強をすることになり，たくさんの方々の助けがあったおかげで，原子に対するイメージがずっと豊かになり，多種多様な原子への理解が，うんと深まった気がします。そして，「同じものが集まっただけなのに，どうして多種多様なものになるのか」ということがやっと少しわかってきた気がします。 ●今の私のイメージ どんな原子も，原子核（陽子と中性子）と電子でできている。ただ数が違うだけ。そして，どの原子もみんな，それぞれの原子で電気的には＋－０になっている。 〈かつての私〉の大きな，間違った思い込みは，「＋－０になったら，もう０なんだから，その外に電気的な力を及ぼすことはない」というイメージだったと思います。 確かに，同じ場所に同じだけの＋と－があったら，その電気的な力は０になってしまうでしょう。しかし，原子の場合は，＋と－が同じ場所にあるわけではないのです。 数だけ見れば「＋－０」であったとしても，〈＋からの距離〉と，〈－からの距離〉が違えば，その影響力は同じではありません。さらに，「－（電子）」は，数が多くなればなるほど，その分布の場所も，密度も多種多様になる可能性があります。そうすると，その分布や密度に応じて，「－（電子）」が他のものに対する影響力も，違ってきて当たり前です。 どんな原子も，原子核（陽子と中性子）と電子でできている。ただ数が違うだけ。構造的にも，原子核が真ん中にあって‥‥というのはどの原子でも同じなのだけど，「陽子までの距離，数の違いによる電子のあり方」に違いができて，他の原子に対する影響力に違いができる。そして，そういう影響力の違いが，原子自身の違いといえる。 さらに「数がいくつのときには，電子はどんな分布や密度になるのか」，「その影響力はどんなものなのか」ということは，もうすでに，数学的に式を解くことでビシッと求められるようです。でも，それを理解したり，実際に解いたりするためには，莫大な基礎学力が必要みたいです。 ・・・と，今の私はこんな風に思っているのですが，いかがでしょうか？もしも，間違っているのなら，ぜひとも教えてほしいです。 今の私のこんな理解，半分は「それ以上知ることをあきらめた」ともいえるのですが，いいんです。今までただ「不思議だ」とだけ思っていたことに，なんとなくであってもイメージができたのですから。 「細かいことは専門家に任せておけばいい」けど，おおざっぱなイメージや〈ちょっと原理的な感じがするようなこと〉は，知りたい・・・，そして，それが何となくわかってきたような気がしているのです。 ●スタートは 私の疑問のスタートは，〈ものとその電気〉の検討会の高原周一さん〔岡山〕の言葉からでした。 〈ものとその電気〉は「すべてのものは電気を持っている」ということがよく分かり感動する授業書案です。その最後に，高原さんは「すべての科学的な結合も，反応も，みんな電気の力なんですよ」とおっしゃったのです。私は，「みんな？ホントにみんな？」と，とても驚きました。〈原子や分子の結合などには，もっと違う力が働いているというようなイメージ〉を何となく持っていたのだと思います。 私は，原子と原子の結合に，イオン結合だとか共有結合だというものがあることは，随分前から知っていました。「原子核を取り巻く電子には，軌道というものがあって，その軌道をいっぱいにするために・・・・」という説明は分かりやすいものでした。 その時，イオン結合は，「片方の原子は電子をもらってマイナスに帯電して，もう片方の原子は電子を上げて＋電気に帯電して，結びつく」というのですから，説明を要するまでもなく，電気の力によって結合していることは明らかでした。 しかし，共有結合の方は，どうでしょうか。共有結合の場合は「軌道をいっぱいにするためにお互いに電子を持ち合う」みたいな感じの説明がされます。すでに，〈いくつかの電子が入ってる軌道〉に〈ほかの原子の電子〉が入り込むというのです。そうすると軌道が満タンになって，安定するというのです。そこには電気の力の話は出てきません。いや，むしろ，電気の力を考えたら，その説明は受け入れられなくなってしまう可能性があります。「電子と電子はどちらも同じ－の電気をもっている」「－の電気と－の電気は退け合う」と考えたら，「電子のあるところに電子が入っていく」なんて，電気の力のことを考えたら，「どうしてそんなことが起こるの？」と思ってしまって，その話に抵抗を感じてしまいそうです。 私は，電気の力とは無関係に，電気の力のことなんか考えずに，共有結合の話を受け入れ，ずっとずっと長い間それで納得した気持ちになっていました。 そこで私は高原さんの話に対して「すべて電気の力？ということは，共有結合も電気の力なの？」「どうしてそういうことが可能になるの？」と思ったのでした。 ●分子間力の場合 その後，私が思い出した力に，分子間力というものがありました。 《空気と気圧》の授業書で取り上げた実験の一つに，「プラコップと下敷きがくっつく」というものがありました。その理由を私は「気圧のせい」と考えていたのですが，もしかしたら，「分子間力というものも働いているかもしれない」ということで，調べたり話を聞いたりしていたのです。分子間力は結局よく分からなかったけど，私の取り上げた実験については「気圧のせいと言って間違いない」ということだけを確認して終わっていました。 分子と分子のあいだには，分子間力というものが働くらしい。ヤモリの足が壁などにくっつくのはその力らしいので，結構大きな力です。 「すべては電気の力ということは，分子間力も電気の力なの？」と，再度調べてみると，どうやらそうみたいなことが書いてあります。わけのわからない力のときには，取りつく島もありませんが，「電気の力」というと少しはイメージできます。そして「電気の力って，〈＋と－でくっつく〉という，ただそれだけでしょ」とも思えます。 しかし，そう思うと，その時の私には，分子間力はますますわからなくなりました。どんな分子でも，原子核は原子のまんなかにあるのですから表面は電子です。ということは，それが結びついた分子だって，表面は電子ばっかりです。電子つまり－の電気です。分子の表面はみんな－の電気で覆われているのに，どうして，分子同士がその電気の力でくっつくことができるのでしょう？ ●「たのゼミ」への質問 こんな風にわけがわからなくなって，図書館でいろいろ調べたりした後，それでも，よく分からなくて，私は「たのゼミ」のメーリングリストの９月の近況に以下のように書きました。
これについては，兼子美奈子さん〔神奈川〕がいろいろ詳しく書いてくださったので，少しイメージが描けるようになりました。瞬間的な動きや，エネルギーのことやら，いろいろ要因はあるようですが，電気の力（その片寄も含めて）によることは間違いないようでした。そして，いわゆる水素結合と言われる水素の働きも大きいようでした。私は「そうか，水素は電子が一個しかないから，電子があっちの方に偏ってしまったら，〈後はむき出しの陽子みたいな感じ〉になってしまうのか～～。それは，力が強いはずだね」みたいなことを思い浮かべるようにもなりました。（兼子さん，このイメージ，大丈夫でしょうか？） ●原子が違うから それでも釈然としない感じで残ったのが，共有結合のことでした。電気の力で，どうやってこの結合が可能なのか，やっぱり分からなかったのです。この時の私はまだ「陽子と電子で＋－０になったら，電気の力はなくなってしまう」みたいなイメージを持っていたのだと思います。 しかし，これについては兼子さんが教えてくださった『原子の目で見る』（城雄二著・仮説社）の本＋αで，だんだんイメージが描けるようになった気がしています。 そうして，結局，共有結合の謎についての私の結論は，この資料の最初の方に「今の私のイメージ」に書いた「原子によって違いができる」ということに尽きるような気がしています。 どの原子でも，陽子の数と電子の数は同じで＋－０だけど，その数が違うと陽子の影響力にも，（電子の分布状況や密度等々の違いによって）電子の影響力にも違いができる。その中には，〈－をひきつける力の強い原子〉というものも存在する。そして，そういう原子同士で電子を共有して，共有結合ができる…‥‥ということではないかと思ったのですが，いかがでしょうか。 ●おわりに 私の抱いた誤解や疑問は、私だけのものでしょうか？ これまでの経験から、私は多分そうではないと思います。 誤解も疑問も、普通の人が抱くものはたいてい同じようなものだと思います。 でも、すべての誤解がいけないものだとは思いません。 おそらく《もしも原子がみえたなら》の授業を受けた子供たちはほとんどすべて「原子というのは発泡スチロール球のようなものだ」というイメージを抱くことでしょう。分子ができるときは原子と原子がめり込むイメージを持つとしたら、発泡スチロール球とは違うところがあることは分かっても、でも、〈中身の詰まった球〉というイメージは変わらないでしょう。 私はこれをいけないことだとは思いません。それでいいと思います。 ただ、そこから一歩進むときにはどうするのがいいのでしょうか？ 「そこから一歩進むとき」というのは科学入門教育の範疇に入るのか？入らないのか？それもよく分からないのですが、 |