化学的にものを見ましょう

目に見えないものを数える 原子や分子はどうして「ある」と言えるか

総合物質コース

有機合成化学研究室

三好 徳和

（2015. 5. 29）

因みに……

• 元素記号「J」？・・・・「J2」

IUPAC International Union of Pure and

Applied Chemistry

• Nipponia nippon ？

アボガドロ（定）数とは？

アボガドロ(定)数とは、

分子（元素）１ mol中に含まれる

分子（原子）の数である

6.02×1023 mol-1

アボガドロ

1776～1856

＜Wikipediaより引用＞

本日の内容

目に見えないものを数えるって？

アボガドロ（定）数の歴史（高校の教科書から）

化学的にものを見てみましょう

• アボガドロ（定）数はとってもでかい！

• 一面だけを見てはいけません！K40？

• 相手をよく知りましょう

• 検出限界は、ゼロではありません

• 数値を正しく理解しましょう

質量保存則

ラボアジェ

1743～1794

＜Wikipediaより引用＞

1774年、ラボアジェは、密閉した容器の中で金属を燃焼させる実験を行い、「化学変化の前後で物質の質量の総和は変化しない」ことを発見した。

＊しかし、粒子のレベルでは

どうなっているか分からなかった。

それまでは、物質の燃焼は

燃素（フロギストン）の授受と

考えられていた。

定比例の法則

1799年、プルーストは、多数の化合物について、その化合物を構成する元素の質量を詳しく調べ、「化合物を構成する元素の質量の

比は常に一定である」ことを発見し

た。

＊しかし、粒子の個数までは

考えが及ばなかった。

ジョゼフ・プルースト

1754～1826

＜Wikipediaより引用＞

原子説

1803年、ドルトンは、物質がすべて原子から構成されているとして、原子説を唱えた。

①物質は固有の質量を持ち、それ以

上分割できない原子からなる。

②化合物は2種類以上の原子が一定

の割合で結合したものである。

③化学変化では原子の組み合わせが

変化するだけで、原子そのものが生

成したり、消滅したりすることはない。

＊しかし、分子の存在までは考えが及ばなかった。

ドルトン

1766～1844

＜Wikipediaより引用＞

倍数比例の法則

1803年、ドルトンは、自らの原子説をと証明するために、倍数比例の法則を見出した。原子が粒子であるならば、1個の原子と結びつく他の原子の数は、1個か2個あるいは3個となり、簡単な整数になるはずである。これを質量について当てはめれば、「2種類の元素からなる複数の化合物について、一方の元素の一定質量と化合する他方の元素の質量は、簡単な整数比になる」と予想。

気体反応の法則

1808年、ゲイ・リュサックは、反応する気体の体積を調べ、「気体どうしの化学反応では、同温・同圧で、反応に関係する気体の体積お

よび反応によって生成する気体の体

積は、簡単な整数比になる」ことを

発見した。

＊しかし、その理由は原子説では

説明できなかった。 ゲイ・リュサック

1778～1850

＜Wikipediaより引用＞

アボガドロ法則とは？

1811年、気体反応の法則を説明するため「気体はいくつかの原子が結合した分子という粒子からなる」という分子説を唱えた。

「同温・同圧・同体積の気体は

気体の種類のよらず、同数の

分子を含む」（アボガドロの仮説）

＊しかし、分子説はアボガドロの

存命中は無視された。

分子説とは？ • 水素 ＋ 塩素 → 塩化水素

1体積 1体積 2体積

＋ → • 仮に、同体積に同数の粒子が存在するとして、水素と塩素が原子1個からできているとすると、それぞれの原子を分割しなければ、2体積の塩化水素になれない。

1体積 1体積 2体積

＋ → • 各気体が同種、異種を問わず2個の原子からなる分子からできているとすると、原子を分割せずに説明できる。

1体積(H2) 1体積(Cl2) 2体積(2HCl)

＋ →

アボガドロ（定）数？

アボガドロ(定)数とは、

分子（元素）１ mol中に含まれる

分子（原子）の数である

6.02×1023 mol-1

生前無視された？

いつ頃評価された？

いつ頃この数は見出された? アボガドロ

1776～1856

＜Wikipediaより引用＞

カールスルーエ国際化学者会議 1860年にはカールスルーエで開催された国際化学者会議ではアヴォガドロの業績を強調、アヴォガドロの仮説（法則）とデュラン＝プティ

の法則（1819年にデュランとプティが

発表）を組み合わせると、原子量、

分子量を正確に計算できるとした。

このとき水素の原子量を1としている。

＊しかし、世界はこの仮説を評価す

るも、分子説を完全に受け入れる

までには至らなかった。

スタニズラオ・カニッツァーロ

1826～1910

＜Wikipediaより引用＞

アボガドロ数を確定するにあたって

ルートヴィッヒ・エードゥアルト・ ボルツマン

1844～1906

＜Wikipediaより引用＞

ヤコブス・ヘンリクス・ ファント・ホッフ

1852～1911

＜Wikipediaより引用＞

アルベルト・ アインシュタイン

1879～1955

＜Wikipediaより引用＞

アボガドロ数を確定 ファントフォフの式（浸透圧） PV = nRT

気体の状態方程式

PV = nRT

P = nRT / V＝ n(NAk)T / V = nNA/V・kT = ckT

NA；アボガドロ数 k； ボルツマン定数

この論文は、1905年アインシュタインよって発表された。

ボルツマン

1844～1906

アボガドロ（定）数とは？

アボガドロ(定)数とは、

分子（元素）１ mol中に含まれる

分子（原子）の数である

6.02×1023 mol-1

6020 垓（がい）

京の上（1万倍）

本日の内容

目に見えないものを数えるって？

アボガドロ（定）数の歴史（高校の教科書から）

化学的にものを見てみましょう

• アボガドロ（定）数はとってもでかい！

• 一面だけを見てはいけません！K40？

• 相手をよく知りましょう

• 検出限界は、ゼロではありません

• 数値を正しく理解しましょう

先ずはアンケート

あなたは、一日いくつまで放射性物質を食べることが許容できますか？

42%

23%

11%

24%

1 2 3 4

① 一個も食べたくない

② 10個ぐらいなら許容できる

③ １００個ぐらいまでなら許容できる

④ １０,０００個ぐらいまでなら許容できる

あなたは、一日いくつまでダイオキシンを食べることが許容できますか？

63%16%

3%

18%

1 2 3 4

① 一個も食べたくない

② 10個ぐらいなら許容できる

③ １００個ぐらいまでなら許容できる

④ １０,０００個ぐらいまでなら許容できる

カリウム(K=39.098)の必要摂取量

一日成人男子の必要量 ２０００ｍｇ（２ｇ）

K39 (93.3%)、K40 (0.0117%)、K41 (6.7%)

K40は放射性同位体（放射性物質）である。

半減期はおよそ12.5億年である

（銀河系形成により生成？宇宙何処でも存在！）

２÷39.0983×0.000117×6.02×1023

≒ 3.6×1018 （３６０京 個）

因みにK40の正しい標記は 40K

自然放射性核種であるK-40は、人体中に約4000ベクレル（Bq）存在しています。飲食で人体中に取り込まれるK-40

は、１日あたり約50ベクレルですが、人体中の余分のカリウムが排出されるのに伴って同量が排出されます。このK-40

による年間の被ばく線量は、

0.17ミリシーベルト（mSv）です。

http://search.kankyo-hoshano.go.jp/food2/Help/yotaku_guide_keisan.html

因みに炭素１４は？

炭素の内の0.00000000012%

（年代測定に使用）

半減期およそ5,730年である

100g÷12.011×1.2×10-12×6.02×1023

≒ 6.0×1012 （6000億 個）←1日の摂取量

総計の体内被曝 ２５00ベクレル（Bq）に相当

自然放射線量分布図

自然放射能レベルの違い

http://rcwww.kek.jp/kurasi/index.html

http://rcwww.kek.jp/kurasi/index.html

原子力発電所から人々が受ける放射線の量は、極めて少量です。200ミリシーベルト以上の大量の放射線を短時間に受けた場合の影響は明らかですが、少量の放射線の人々への影響は明らかになっていません。（放射線の人への影響のページをご覧ください。） そのため、国際放射線防護委員会では、200ミリシーベルト以上での発がん率のデータを、それ未満の少量の放射線へと引き伸ばすことによって、少量の放射線の影響を推定しました。

このような根拠と自然放射線などを考慮して、国際放射線防護委員会は、次の線量限度を勧告しました。 （1990年勧告）

対象者 線量限度

放射線業務

従事者

5年間で100ミリシーベルト（年平均20ミリシーベルトに相当）かつ1年間の最大50ミリシーベルト

一般公衆 1年間で1ミリシーベルト

日本の原子力発電所では、周辺の一般公衆が受ける放射線の量を、線量限度のさらに20分の1（0.05ミリシーベルト）以下になるように努めています。

http://www.jaea.go.jp/04/turuga/mext-monju/safety/safe-ri06.htm

放射線の人体影響を知りたい人は

放射線被ばくに関するQ&A

http://www.nirs.go.jp/rd/faq/index.shtml

本日の内容2

化学的にものを見てみましょう

• アボガドロ数はとってもでかい！

• 一面だけを見てはいけません！K-40？

• 相手をよく知りましょう

• 検出限界は、ゼロではありません

• 数値を正しく理解しましょう

→ ダイオキシンのお話し

まず考えよう！怖いよダイオキシン！ 次のもので燃やしてはいけない順は？

20%

11%

33%

5%

18%

14%

1 2 3 4 5 6

a. 食品のラップ

b. 食品トレー

c. 秋刀魚の塩焼き

さあ秋刀魚の塩焼きはどこに入るでしょう？？

① a＞ｂ＞ｃ

② a＞c＞b

③ ｂ＞a＞ｃ

④ ｂ＞ｃ＞a

⑤ ｃ＞a＞ｂ

⑥ ｃ＞ｂ＞a

さて、化学式を見てみましょう。

• 食品のラップ(ポリ塩化ビニル）

• 食品のトレー（ポリスチレン）

C C

H Cl

HHH

HH H

H Cl n

H

H

H

H

H

HH

H

n

さてダイオキシンて？？

O

OCl

Cl

Cl

Cl

2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin

(TCDD)

ダイ；２つ、オキシ；酸素O＝酸素が2個

これに、塩素が着いた上記のような物質

現在では、TCDDを含め類縁体を含めてダイオキシン類と表するようにしている

さて、化学式を見てみましょう。（再）

• 食品のラップ(塩化ビニル）

• 食品のトレー（ポリスチレン）

C C

H Cl

HHH

HH H

H Cl n

H

H

H

H

H

HH

H

n

これにはＣｌが無い！！

まず考えよう！怖いよダイオキシン！ 次のもので燃やしてはいけない順は？

a. 食品のラップ

b. 食品トレー

c. 秋刀魚の塩焼き

１． a＞ｂ＞ｃ ２． a＞c＞b

３． ｂ＞a＞ｃ ４． ｂ＞ｃ＞a

５． ｃ＞a＞ｂ ６． ｃ＞ｂ＞a

ダイオキシン量は？

検出限界 1 ppb（1/1,000,000,000）

2,3,7,8-TCDD MW=321.97

1kg 1÷321.97×1.0×10-12×6.02×1023

≒1.8×109 個 （上記計算では大きく見積もっています）

検出限界とは、機器分析を行う際、ある一定

以下の存在量の場合には、検出できない下限

を指す → 検出できないだけでゼロではない

ゼロではないが安全？

• 毒性を表す指標 LD50

実験動物の５０％が致死する量

• 医薬品の有効性を示す指標 ED50

実験動物の５０％に有効な量

セベソ事故 出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

セベソ事故(Seveso disaster)とは、1976年7

月10日にイタリアのロンバルディア州、ミラノの北25km付近に位置するセベソの農薬工場で発生した爆発事故である。代表的なダイオキシンである2,3,7,8-テトラクロロジベンゾ-1,4-ジオキシン(TCDD)が30kg～130kgの間で住宅地区を含む1800ヘクタール(新宿区に相当する)に飛散し、ダイオキシン類の暴露事故としては大規模なものとなった。

セベソ事故（続き） 出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

高汚染地区は居住禁止・強制疎開などの措置が取られた。周辺地域では鶏、兎、猫等の家畜が大量死したり、奇形出生率が高くなった事が報告されている。この事故を教訓として、ECは化学工場の安全規制を定めたセベソ指令を定めている。

これ以降Wikipedia から引用していますが、事実的にはさほど間違い

がないからです。新聞自体もかなり誇張や、省略をしている場合があり、気をつける必要があります。論文やレポートを行う際には、充分気をつけ、取材を実際行う必要がありますが、それは不可能ですので、その場合には、複数違う視点のものをあげ、それを批判的に見て判断するようにして下さい。

ダイオキシン（2,3,7,8-TCDD）と他の猛毒物質のモルモットにおける半数致死量LD50（*3）

毒性物質 LD50（ng/kg体重） 種類

ボツリヌス菌毒素D 0.32 細菌毒素

ボツリヌス菌毒素A 1.1 細菌毒素

破傷風菌毒素 1.7 細菌毒素

パリトキシン 50 イソギンチャク毒

2,3,7,8-TCDD 600 合成有機化合物

サキシトキシン 3400 プランクトン、貝の毒

テトロドトキシン 10000 フグ毒

α-アマニチン 300000 テングダケの毒

コブラ毒 500000 陸産蛇

青酸ガス 3000000 無機化合物

青酸カリ 10000000 無機化合物

四塩化炭素 4620000000 合成有機化合物 （*1）「ダイオキシン100の知識」45ページより。

（*2）「ダイオキシン」190ページより。

（*3）「環境ホルモン--きちんと理解したい人のために--」108ページより。

ダイオキシン(類)の一般毒性 出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

急性毒性試験結果を見ると、致死毒性は、生物種差が極めて大きく現われる。感受性の最も高いモルモット（雄）の半数致死量は600ng/kgであるのに対してハムスター（雄）では5,000,000ng/kgである。すなわちモルモットとハムスターとでは半数致死量は8000倍も異なっている。その為ヒトに対する致死毒性量はよくわかっていない。また急性毒性の発現は雌雄差があり雌の方に毒性が現れやすい傾向がある。

ダイオキシン(類)の一般毒性 出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

2,3,7,8-TCDDに暴露したヒトや実験動物の事例よりダイオキシン類に暴露すると急性・亜急性に次の現象・症状が現れると考えられている。

１．体重減少（消耗性症候群）、

２．胸腺萎縮

３．肝臓代謝障害

４．心筋障害

５．性ホルモンや甲状腺ホルモン代謝

６．コレステロール等脂質代謝

７．皮膚症状（クロロアクネ)

８．学習能力の低下をはじめとする中枢神経症状

ダイオキシン(類)の一般毒性（続き） 出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

ダイオキシン類の残留濃度が高い場合、糖尿病を発症するリスクが上がることが国外の研究や、厚生労働省による研究で分かった。

台湾におけるPCDFの事例からは子供の成長遅延、知力の不足、頭蓋骨の石灰沈着異常、舟底踵、歯肉の肥厚、異物性結膜炎の水腫様の眼症状等が認められている。

ダイオキシン(類)についてまとめ

１．ダイオキシンは人工化合物として最強の毒の一つである。

２．ダイオキシンは、その毒性に個体差が数千倍以上もある場合がある。

３．ダイオキシン被害は大きいものの、人間が直接ダイオキシンで死んだ例はあまり聴かない。

従って、ダイオキシンをむやみに怖がる必要はないが、充分気を配る必要がある。なぜなら、

４．ダイオキシンは、様々な神経障害・ホルモン異常・生殖障害等、亜急性毒性を持つ。

判断する際に気をつけること

• 中身を正しく理解する

①複数の確かな情報源から情報を収集

②毒性などの場合LD 50だけではなくED 50も考える

③さらに、体内半減期も考える

④総合的に判断すること

• 感情論では判断しないこと

小テストです

問１ アボガドロに関する記述として

間違っているものを選びなさい。

１． アボガドロは物理学者である

２． アボガドロは、気体分子の存在を予言した。

３．アボガドロは、アボガドロ数を予言した。

４． アボガドロの分子説は生前は評価されなかった。

問２ アボガドロ数として正しいものは

１． 6020 兆 mol-1

２． 6020 京 mol-1

３． 6020 垓 mol-1

４． 6020 逡巡 mol-1

５． 6020 刹那 mol-1

問３ アボガドロ数を決定した人は

１．アボガドロ

２．ラボアジェ

３．ファントフォフ

４．アインシュタイン

５．ボルツマン

『コピペ本』からの出題

問４：ウェブで見つけた情報から、信頼のできる情報を見分ける方法として、正しいものはどれか。

① ウェブサイトの制作者が実名で記載されているなら信頼できる。

② サイトの内容をよく読んで自分なりに考える。

③ 記述の情報源（出典）が明示されているなら信頼できる。

④ サイトの制作者のプロフィールに、「歴史家」「哲学研究家」などの肩書が書いてあるなら信頼できる。

問５：ウェブサイトに情報源（出典）が明記されていたら、どうするのが適切か。

①情報源（出典）となる文献を探しだして読んでみる。

②信頼できるサイトなので、情報源として引用する。

③信頼できるサイトなので、そこでの記述に対する「反対意見」を検討する必要はない。

④信頼できないサイトなので、決して引用してはならない。

問６：大学教員が「インターネット活用法」として一番学んでほしいことはどれか。

① 「正解」の書いてあるサイトを見分ける。

②課題に関連のある文献を検索する。

③信頼できるサイトを見分ける。

④ウィキペディアを引用しないようにする。

今回のメール課題

来週のパネルディスカッションへ向けて、「問題提起」してください。ただし、以下の条件を守ること。

①どの先生の授業に対するものかを明記する。

②なぜその問題を提起するのか、授業内容との関連を示す。

単に「自分が関心を持った」などの主観的理由は不可

③自分なりの見解を示す。

④自分なりの見解の根拠を示す。

反対の立場を考慮すること