「原子とか、元素とか、どこがどう違うのかさっぱりわからない」問題を、 超文系人間が考えてみた　その1

 ※フリーランスの編集者・ライターである『クラナリ』編集人（バリバリの文系）は、腎臓に関する記事や書籍に携わる機会が多いため、それに関連していろいろと考察しています。素人考えですが。



「原子とか、元素とか、もう、全部一緒でいいじゃないか……」

　そう思ったことはありませんか？
　「元素周期表」には、水素やヘリウムなどの原子が並んでいますよね。


「一家に1枚　元素周期表」（文部科学省）

　原子＝元素と思いませんか？
　……などと、勝手にキレかけていたときにヒットしたのが、東邦大学のサイト「原子と元素　（atoms and chemical elements）」。

　すべての物質は、非常に小さい粒子が集まってできている。物質を構成する基本的な粒子を原子という。原子は正の電荷を持つ原子核と、負の電荷を持つ電子でできている。さらに、原子核は正の電荷を持つ陽子と、電荷を持たない中性子でできている。原子核のもつ陽子の数を原子番号という。また、陽子と中性子の数の合計を質量数という。

　物質中には異なった数の陽子を持つ原子が存在しているが、同じ数の陽子を持つ（つまり同じ原子番号の）原子は、同じ元素であるという。

　原子は、正の電荷を持つ原子核（nucleus）と負の電荷を持つ電子（electron）からできています。
　そして原子核は、正電荷を担う陽子（proton）と、電荷を持たない中性子（neutron）からできています。
　陽子の正電荷と対応する数の電子が、原子には存在します。

　例えば炭素だと、陽子の数は6（原子番号6番）なので電子の数も6つ。ただ、中性子については5 ～８つと違う場合があるのです。

　中性子の数が違う原子については、「炭素」という元素名に質量数（陽子と中性子の合計数）をくっつけて、「炭素11」、「炭素12」、「炭素 13」、「炭素14」などと呼ばれています。 ちなみに、原子全体の質量は、陽子と中性子の数で決まります（電子の質量は陽子や中性子の約1840分の1と、非常に軽いので）。

　となると、元素は「炭素」、原子は「炭素11」、「炭素12」、「炭素 13」、「炭素14」ということになります。

　質量数が違っていたら、別の原子。
　質量数が違っても陽子の数が同じなら同じ元素。

　わかったような、わからないような……

　ということで、時代をさかのぼって、それぞれの語源などを調べることにしました。

　「万物の根源は水である」

古代ギリシアの哲学者であるタレス（タレース、紀元前624 - 前546年）の言葉から、元素の話は始まるのではないでしょうか。
　ちなみに、万物の根源を示す古代ギリシア語は「アルケー（ἀρχή）」。beginning、originという意味だそうです。

　となると、アルケーは、元素の英訳であるelementとはニュアンスが異なります。「世界が何でできているか」だとelement、「世界は何から始まったのか（何から変化して今の世界が出来上がっているのか」だとbeginning、originというところでしょうか。

脱線すると切りがないので、話をアルケーに戻しましょう。

タレスの縁者・弟子のアナクシマンドロス（紀元前610 - 前546年）は万物の根源を「無限なるもの」（ト・アペイロン）、アナクシマンドロスの弟子であるアナクシメネス（紀元前585 - 前525年）は空気（アエール）、またヘラクレイトス（紀元前540 - 前480年）は火（ピュール）と考えたそうです。ちなみに「万物は流転している」という概念を生み出したのは、ヘラクレイトス。また、クセノパネスは、万物の根源が土だと主張したとされています。

整理すると、次のとおり。

古代ギリシアの哲学者：主張した万物の根源（アルケー）
タレス：水
ヘラクレイトス：火
クセノパネス：土
アナクシメネス：空気

こうした考えをもとに、エンペドクレス（紀元前490 - 前430年）は四元素論を唱えました。火・空気（風）・水・土の4つの元素で、この世界の物質は構成されていると考えたのです。出ましたね、元素。

アリストテレス（紀元前384 - 前322年）の四原質説（四元素説）では、物質は火、空気、水、土の４つで構成されていて、土は「冷・乾」、水は「冷・湿」、空気は「熱・湿」、火は「熱・乾」の性質を持ち、また、土と水は「重さ」、空気と火は「軽さ」を持つとしました。


このようなアリストテレスまでの流れと対立する形で、原子論を提唱したのが、レウキッポスとデモクリトス（デーモクリトス、紀元前460 - 前370年）。

　原子論は、「自然はそれ以上分割できない最小単位としての原子（atom）から成り立つとする理論」とのこと。atomは、「分割できないもの」という意味なのだそうです。アルケーとは違いますね。

原子は真空の中を絶えず動き回るとする原子論は、アリストテレスに批判されます。連続体であるアルケー元素説と、非連続のアトム原子論が相いれなかったという印象。

その後、長い間、ヨーロッパではアリストテレスの考えが主流でしたが、ルネサンス期（14～16世紀）に原子論が見直され、普及したとのこと。

フランスの化学者で「近代化学の父」と呼ばれているアントワーヌ・ラヴォアジエ（1743 - 1794年）は、1777年に、燃焼とは空気の一成分と物質の結合であること（燃焼理論）を発見。また、燃焼など化学反応に伴う重量変化を厳密に測定し、燃焼で金属の重量は増すと同時に、同じ重量が空気から失われるのを発見しました。こうして、1784年に、物質の燃焼が空気中の酸素との化合であることを示しました。

さらに、1785年に水の分解実験に成功。

アントワーヌ・ラヴォアジエ（Wikipediaより）

1789年に発表した『化学原論（Traité élémentaire de chimie、英訳するとElements of Chemistry）』では、物質の究極的な構成要素を元素（élément）と名付け、水素、酸素、窒素など33種類の元素のリストを掲載したとのこと。

つまり、水や空気は「根源」ではなかったということです。　

フランス語のélémentも、古代ギリシア語の（アルケー）も、日本語で「元素」と訳したことから、自分のような文系人間には混乱が生じたのかもしれません。

フランスの化学者のジョゼフ・ルイ・プルースト（1754 - 1826年）は、1799年に「どんな作り方をしても、化合物を構成する成分元素の質量比は一定である」という定比例の法則を発表します。例えば、水ができる場合、水素と酸素は必ず1:8の質量比で反応します。

イギリスの化学者・物理学者・気象学者であるジョン・ドルトン（1766 - 1844年）は、1808年に『化学哲学の新体系』を発表し、以下のような原子論を展開しました。

(1) Elements consist of indivisible small particles (atoms).
(2) All atoms of the same element are identical; different elements have different types of atom.
(3) Atoms can neither be created nor destroyed.
(4) ‘Compound elements’ (i.e. compounds) are formed when atoms of different elements join in simple ratios to form ‘compound atoms’ (i.e. molecules).

  • すべての元素は，一定の質量と大きさをもつ原子からなる。
  • 原子はそれ以上分割できない粒子で，他の原子に変化しない。
  • 原子は新たに生成したり，消滅したりしない。
  • 化合物は，異なる種類の原子が，簡単な整数比で結合してできている。
ジョン・ドルトン（Wikipediaより）


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