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今年は国際周期表年、「水兵リーベ」を楽しもう

メンデレーエフの発見から150年とニホニウム命名を祝って

玉尾皓平 豊田理化学研究所所長、国際周期表年実行委員会委員長

 2019年が明けた。今年は、ロシアの化学者ドミトリ・メンデレーエフが「元素周期律」を発見して150周年に当たる。それに加え、113番元素ニホニウムNhを含む4つの新元素の名前が確定して118元素が出そろい、周期表の第7周期までが完成したことを記念し、ユネスコ(国連教育科学文化機関)と国際連合が「国際周期表年2019(International Year of the Periodic Table of Chemical Elements= IYPT2019)」と制定した。まずは日本化学会の中の「国際周期表年実行委員会」が開設したウェブサイトをご覧いただきたい。

 誰もが知っている「水兵リーベぼくの船」の語呂合わせは、ネットで検索すると、30万件を超す検索結果が出てくる。理科の教科書の扉を開くと目にする、また理科の教室の壁に必ず貼ってある、あの「元素周期表」。無味乾燥だけど覚えないといけないので編み出された「名作」語呂合わせと言えよう。

 だが、周期表を語呂合わせだけで終わらせてはもったいない。なにしろすべてのものは元素でできているのだ。そこで筆者が2003年に提唱したのが、「一家に1枚周期表」という美しくて情報いっぱいの周期表である(下図)。幸い、文科省の支援を受けて制作が続いている。そこには、科学技術の恩恵、特にわが国の科学技術の成果をできるだけ書き込むよう努めている。これをリビングルームに飾って科学の話をするご家庭が増えてほしいと願ってきた筆者にとって、国際周期表年はまたとない追い風である。さまざまな行事をぜひ多くの方に楽しんでいただきたいと思う。

拡大情報満載の「一家に1枚周期表」(第10版)

メンデレーエフによる周期律発見

 元素周期律の発見のいきさつは、かなり正確に記録されている。

拡大メンデレーエフの周期律

 当時知られていた60種類ほどの元素の原子量などを記した元素カードを順に並べて思考していた35歳のメンデレーエフは、ある周期性を見いだし、1869年2月17日、自宅のデスクの上の封筒の裏にそれを記録した。これが最初の周期表として保存されており、コーヒーカップの跡が残っているそうだ。もちろん手書き、ロシア語だったが、その周期表をタイプしたもの(右図)が多くの出版物に引用されている。

 発表当初の周期表には、赤丸で示したように空欄があり、当時知られていなかった元素の存在と原子量が予言されていた。その後、1875年にガリウムGa、1879年にスカンジウムSc、1885年にゲルマニウムGeが発見され、彼の予想が正しかったことが証明されて、世界的に認められることとなった。

 ところで、そのメンデレーエフは日本とも縁があることが、メンデレーエフ研究家の梶雅範氏(先年亡くなられたのは誠に残念です)の著作(東洋書店ユーラシア・ブックレット『メンデレーエフ―元素の周期律の発見者』、成文社リレーエッセイ「化学者メンデレーエフの息子と明治日本」)に述べられている。これらを読むとメンデレーエフがグンと身近に感じられよう。

周期表はなぜ大事なのか

 タテに18列(族)、ヨコに7段(周期)の基本形と、その下の15元素x2段から成る周期表には、118個の元素が規則正しく配置されている。これがなぜ大事なのか、三つのことを挙げたい。

拡大日本化学会から発行される公式の周期表
http://www.chemistry.or.jp/activity/atomictable2018.pdf

 第一に、メンデレーエフは原子構造が何もわかっていなかった時代に周期律を見つけたこと。その後に電子(トムソン、1897年)と原子核(ラザフォード、1911年)が発見され、量子論に基づく原子模型の提唱(ボーア、1913年)があり、陽子(ラザフォード、1917年)と中性子(チャドウィック、1932年)が発見されて原子構造が明らかになった。こうして周期律の正しさが立証された意義は誠に大きい。

 第二に、天然(地殻)に存在する微量元素の発見を周期表が助けたこと。最後に発見された天然元素はごくごく微量の87番フランシウムFrで、1939年のことである。今年は、その80周年でもある。

拡大中央の円グラフの拡大図
 ところで、「一家に1枚周期表」の左上には円グラフが3つあり、中央が地殻中の元素の存在比を表している(クラーク数とも呼ばれる)。多い順に酸素Oから炭素C、リンPまで12種類の元素が地殻中の99.4%を占めているのがわかる。「その他」は0.6%である。すなわち、天然に存在する80種類ほどの元素は、何と、合計で0.6%にしかすぎない! 地殻1トン中に何グラム存在するかを表す「存在量」で比較してみると、例えば(以下、カッコ内は発見年)、ケイ素Si(1824年)277,000gに対して、コバルトCo(1735年)は20g、タングステンW(1783年)は1g、貴金属の金Au(紀元前3000年)やパラジウムPd(1803年)は0.0006g、イリジウムIr(1803年)に至っては0.000003gしかない。

 何百年(金のことを考えれば何千年)にもわたって、これらの元素の発見、単離に取り組んできた科学者たちに敬意を表さずにはいられない。しかも、発見した元素を人類は大いに活用してきたのである。そこに力を発揮した技術者たちにも敬意を表したい。加えて、地球上の資源が有限であることも共に再認識しておきたい。

 第三に、天然に存在しない元素は人類が作り出してきたこと。1932年、米国のアーネスト・ローレンスが円形加速器を発明し、人類は人工的に元素を作り出す方法を手にした。最初の人工元素、43番テクネチウムTcが合成されたのが1937年、すなわち、最後の天然元素Frが発見される2年前のことだ。このように、元素発見の歴史は、途切れることなく、天然元素から人工元素に引き継がれていったのだ。

 その後、70数年間で29種類の人工元素が合成された。初期は米国とドイツ、その後はロシア(旧ソ連を含む)を中心に達成されたが、その中にあって、理化学研究所の森田浩介博士率いるチームが113番元素の合成・発見に成功し、「理研発、日本初、アジア初」の元素ニホニウムNhとして周期表に記載されたことはまさに画期的な出来事だった。

「一家に1枚周期表」とニホニウムの奇しき縁

 「一家に1枚周期表」の制作が始まったのは、森田グループが113番元素合成に初めて成功した2004年夏である。早速、2005年春発行の第1版にその情報を書き込んだ。筆者は2005年4月に京大から理研に移った。その初日に森田グループの皆さんらと一緒にお酒を飲んだら、何とその数時間後の4月2日未明に2個目の合成に成功した。1個目から8カ月しか経っていない。このため筆者は「京都から来た福の神」とあがめられる存在になったが、 ・・・ログインして読む
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筆者

玉尾皓平

玉尾皓平(たまお・こうへい) 豊田理化学研究所所長、国際周期表年実行委員会委員長

1965年京都大学工学部合成化学科卒業、京大助手、助教授、京大化学研究所教授を経て2005年に理化学研究所へ。フロンティア研究システム長、基幹研究所長、研究顧問などを務め、現在仁科加速器科学研究センター客員主管研究員。2016年から豊田理化学研究所長。02年朝日賞、04年紫綬褒章、07年日本学士院賞、11年文化功労者。