原子と物質と量子力学

作者：ばーでーん

原子の構造は量子力学で記述されます。

元素の周期律表なども。

原子は簡単にはなくならない

原子にはプラス電荷の核がある

核をマイナスの電子が周回している

電子が周回すると普通なら

光などの電磁波が放出される

電子は動力を失い核に墜落するはず

ところがどうだ

電子は核の周りを周回し続ける

原子はなくならないとはどういうことだ

電子は確率の波動であって

核の周りで定常波をつくる

電子は定常波のどこかに存在する

電子が別の定常波になるときだけ

それに見合うエネルギーの

電磁波が放出されたり吸収される

そういうわけで

電子は核の周りのどこかに居続ける

原子は居座る電子の数でサイズが変わる

原子は居座る電子の数で化学性が変わる

原子は光を吸収か放出して色が決まる

原子でできた物質の色も同樣に決まる

これで準備は整った

100種以上の周期表の元素

その組合せの無限にもありそな

無機物有機物生体物質の世界の旅に出発できる

原理的には、私たちは、原子や分子、物質の性質を量子力学で解くことができます。

残念なことに、電子がいっぱいあると、たちまち、計算が複雑で、粗い近似的でしか解けません。

原理的に解けるといっても、近似的にしか解けないのであれば、物質をすっかり理解できたとは言えないと、私は思います。

物質は、まだまだ不思議でいっぱいなのです。

以下は全くの余談です。電子が二つ以上あるとき、一つの定常波の状態を二つの電子までしか占めることができません。高校の化学で、原子の1s軌道に二つ、2s.2p軌道(軌道=定常波)にもそれぞれ何個までという規則で周期表ができることをご存知でしたら、そのことです。これをパウリの排他原理と言います。これは、電子にはスピンと言う相対性理論から要請される自由度が存在すること、二つの電子は区別できないことから導かれます。量子力学では、これを考慮する必要があります。この段落は語る必要はなかったのでが、化学を履修した方向けの豆知識です。