No. 112 March 1 2018

触媒懇談会ニュース
触媒学会シニア懇談会

化学史に学ぶ”Chemistry”の魅力 III
元京都工芸繊維大学・産業技術総合研究所

飯塚泰雄

化学の魅力について『化学史』から学んだこ

３族陽イオンまでの沈殿の色による確認程とを前々号から紙面を頂いて記している。

確信が持てない。結局、Na+, K+, Ca2+, Sr2+,

この号においては、前号に引き続いて１０Ba2+各イオンの検出確認は各イオンの違い

年以上担当した定性分析化学実験に関連しがはっきり出てくる炎色反応に頼ることにて『化学史』から Chemistry の魅力を見出なる。

したところについて述べたい。なお、話の中

この炎色反応による確認は、ブンゼンバー

で紹介する山岡望著の『化學史傳』[22]は、最も感銘を受けた書物で、最初少しずつ読もうと読み始めたところ、著者の熱意に引き込まれ一挙に最後まで行きつき、化学研究の魅力を十二分に教わり、私のその後の研究・教育のバックボーンに反映されていることを申し添えたい。
2.3 定性分析と分光分析
2.3.1 ブンゼンバーナー
陽イオンの系統的分離における第 4 及び第 5 族のアルカリ土類、アルカリの両族金属イオンは、各イオンへの分離に続く確認
操作において沈殿生成に難があり、加えて両族イオンともに化学的性質が類似した典写真１ Heidelberg の旧市街に建つブン型元素のイオンであるために、水分子等のゼン像、背景の建物は Bunsen が研究と教配位による d-d 遷移による発色がなく、第育を行っていた場所
1

Robert Wilhelm Bunsen(1811-1899)

写真３ ブンゼンが使用した分光器とバー

Professor in Marburg (1839), Breslau

ナー(1851), Heidelberg (1852).
Director des Chemischen Laboratoriums,

ろの建物はブンゼンが研究と学生教育を実

Begründer der chemischen Analyse,

際に行っていた場所であることを現在はネ

entwickelte die Chromsaure Batterie undッカー川の向岸に移設されている

die Schmelzflusselektrolyse zur

Heidelberg 大学の学生に教わった。像の立
schuf

つ辺り一帯は旧 Heidelberg 大学の構内でzusammen mit Gustav Robert Kirhihoff

あったらしく、近くに Heidelberg 大学ミュ

dieージアムがあり、入ってみると、ブンゼンがHerstellungvonMagnesium,Spectralanalyse

undentdeckte

Caesium und Rubidium (1860).

使用した分光器が自身発明のバーナーとと写真 ２ ブンゼンの事績を記した銘板もに展示してあった（写真 3）。
山岡望先生の「化學史傳」という名著にブナーで高温の無色炎が容易に実現できるこ

ンゼンの事績について活き活きと書かれてとが、前提となっている。今日、ブンゼンバ

おり、ブンゼンバーナーに始まる話の概要

ーナーは、どの化学実験室にも装備してあを以下に紹介したい[22]。ブンゼンが 1852り、あまりにも便利で、使い慣れすぎてい年にハイデルベル大学に着任して間もなく、て、その有難みを忘れがちであるが、その名街に石炭ガスの供給が開始され、これを機称が示すドイツの化学者、Robert Wilhelmに 1885 年、多くの失敗を重ねた後、今日わBunsen の発明である。

れわれの見るブンゼンバーナーが発明され私は、2009 年 7 月に金の国際会議がドイた。小型で、簡便で、ガス量を多くしても炎ツ Heidelberg 大学で開催された際に、は散らず、少なくしても消えることはなく、Heidelberg の旧市街で偶然ブンゼンの銅像逆流することもない。2000℃の高温も容易と出会った（写真 1）。に作り出すことが出来、炎は無色である。

像の前にブンゼンが Kirhihoff とともにブンゼンは発明したバーナーを用いて、スペクトル分析学の分野を開くとともに種々の物質が強熱によって揮発し、無色炎

Cs, Rb を見つけ出したことなどが記されたに種々の色を与えることを調べ、これによ銘板が置かれていた（写真２）。写真１の後

り一種の鋭敏な分析手法とすることを企て2た。この時、一見同じように見える色合いを械と同じであっただろう。極めて簡単素朴見分けるために、着色ガラスや有色溶液をな機械であるが、1mg の何十何百万分の一透かして炎成分の一部をろ過除去することの微量でも鮮やかに検出できる超高感度性を思いつき、かなり良い成績を上げること能を持つ。

が出来た。今日、私達が K の炎色確認を行

この分光器を用いて彼らは種々の金属にうとき、青色のコバルトガラスを通して Naついてスペクトルを調べた。ある一つの金による発色を除去すると鮮やかな紫色を目属について、その塩化物、臭化物、ヨウ化物、にすることが出来るのは、ブンゼンに由来水酸化物、炭酸塩、硫酸塩などを使ってみたするのであろう。

り、ブンゼンバーナー、ガス灯等バーナーの2.3.2 キルヒホッフとの共同研究

種類や燃焼するガスの種類を変えたりしてこのことを同じ大学の物理学教授であっ調べたところ、いずれの場合もスペクトルたキルヒホッフに話したところ、キルヒホは金属の種類が決まれば変わらないことをッフはそれならその炎のスペクトルを見た確かめた。また、金属の中で最も著しいスペほうがはっきりわかるだろうと教えた。こクトルを生ずるのは Na, K, Li などのアルれがきっかけとなって二人はスペクトルのカリ金属、Ca, Sr, Ba などのアルカリ土類共同研究に従事するようになった。

金属であることもわかり、これ等から始めて彼らは多くの重要な金属のスペクトルの観測を行った。その結果、それぞれの金属は独自のスペクトルを生ずること、複数の金属が混合していても各金属のスペクトルはお互い影響することなく、各々特有のスペクトルを示すことを認めた。
即ち、スペクトル分析はあらゆる化学分析法の中で最も簡便で鋭敏な手法であると言図 3 分光器（第 1 号）プリズムとこれにえる。分析者はただ検品の微量を白金線の二本の使い古しの望遠鏡を添え、一つを対先に附けてブンゼンバーナーの無色炎の中物用、一つを対眼用にあて、全体をタバコに入れ、分光器を通してその炎を覗きさえの空き箱の中におさめたもの。[22]よりすればよい。
彼らは最も鋭敏なスペクトルを与える

ブンゼンとキルヒホッフは先ずスペクト

Na について、次のような方法で分析の鋭敏ル観測を容易にするために図 3 に示す分光さを測っている。塩素酸ナトリウムの 3mg器を作った。主要部はプリズム一つだけで、を多量の乳糖によく混ぜて、これを分光器

これに二本の使い古しの望遠鏡を添え、一から最も離れた実験室の隅にもっていって、つを対物用、一つを対眼用にあて、全体をタ一気に吹き飛ばす（恐らく燃やしたのであバコの空き箱の中におさめたものが最初のろう）。分光器のところに戻ると間もなく炎分光器であった。構造的に写真３に写る器が黄色に光り、望遠鏡をのぞき込むと Na の3輝線が現れ、約十分間持続した。実験室の容更に、翌年 1861 年には、ザクセン州産の積 60m3 に NaClO3 塩の 3mg が均一に拡散

レ ピ ド ラ イ ト (Lepidolite リ チ ア 雲 母したとすると、空気 1cc 中に塩が 0.02μg

KLi2AlSi4O10F2)という Li を 7%程含む鉱石含まれていることになり、１秒間にブンゼから赤の二筋すぐれて美しく鮮明な輝線をンバーナーの無色炎中を通過する空気量を示す成分を見出した。この成分は、赤、黄、50cc すると、その中に含まれる塩の量は 1緑の辺りにスペクトル輝線を示したが、既μg となり、これだけで充分検出できるこ

知元素では見られない輝線であったことかとを確認した。

ら“暗赤色”を意味する古語 ribidus を取って Rubidium と名付けられた。

この鋭敏さを利用することにより、当時Li は極めて珍しい元素と思われていたが、ブンゼンとキルヒホッフの二人によるス

それは大西洋中の海水にも岸に打ち上げらペクトル分析の共同研究を語る際、図４にれる海草中にも含まれ、更には花崗岩や花示す Joseph von Fraunhofer が太陽スペク

崗岩地域に生育した樹木や、その果実にもトル中に見出し、その番号を付けた暗線の含まれていることを見出した。

原因について、それらが太陽大気中の化学成分によることを見出した業績を忘れては2.3.3

Cs, Rb の発見と星の成分の化学分ならないであろう。

析
既知元素のスペクトル中に見いだせないスペクトルを示すものがあれば、それは新元素によるものと認定することが出来る。
未知元素についてブンゼンとキルヒホッフ
は、Na, K に類する第四のアルカリ金属の存在を予想し、その金属のスペクトルにつ

図 4 太陽光の可視光スペクトル中に暗線いても 1859 年に予言していた。予言通り、として観測されるフラウンホーファー線、1860 年第四のアルカリ金属を Heidelberg[23]よりからほど遠からぬ西方、温泉保養地のバート・デュルクハイム（Bad Dürkheim）に彼らは、『ある物質がある波長の光線波を湧く鉱泉から発見した。四十トンの鉱泉か発散し得るものとするならば、この物質にら十七グラムの第四のアルカリ金属の塩化色々の波長を有する一層強力な連続スペク

物を取り出し、このものは青空のような二トルの光を送るとき、その中から自己固有本の輝線を示したことから“蒼天“のラテンの波長の光線のみを吸収することが出来語 cesius を取って Cesium と名付けられた。

る』と考察し、このことを実験的に証明し後年塩化物の電気分解によって金属セシウた。黒線の位置は、Na, K, Ca, Mg 等の輝ムを作り出し、その化学的性質が Li, Na, K

線スペクトルの位置と一致し、と同じで、なお一層激烈であることを確か

Fraunhofer が数えた七百本以上の黒線のめている。

位置から、太陽大気中にこれらに加えて約4ーランヅは更に、これをわかりやすくする三十種以上の化学元素を見出している。

ために全体の元素を七段八行の合計五十六

現在天文学における太陽研究は、フラウ枠の一つの表にまとめた。

ンホーファー線の観測によっており、太陽大気中の各元素の温度、運動、大気中の磁場原子量がその元素の化学的性質を決定すの向きや強さなど様々なことが調べられ、ると考えられていた当時からすると、ニュまた遠くの宇宙から届く星の光のスペクト

ーランヅの発表は原子量を直接に用いない

ルや黒線からその星を構成する化学成分ので、元素に付した番号で化学的性質を論分析が行われており、これは彼らの研究成じ、そればかりでなく全体の元素を一つも果を引き継ぐものであろう[24]。

余すところなく極めて簡単な一つの系統にまとめた点においても当時の状況よりもはるかに進んでいた。

おわりにキュリー夫人は、発見した Ra 新元素にしかし、彼がロンドンの学会の席上でこついて当時の化学者の認知を得るために、の発見を報告した時、格別の注意をひかな

その後四年の歳月と超人的な労力を費やしかっただけならまだしも、誰かから、てウラン原鉱石ピッチブレンドの残滓 1 ト“君、原子量の順番に元素を並べて面白いンから 0.1g の RaCl2 を単離し、原子量法則が成り立つのなら、若し元素を名前の225 の値を得たことを前号に述べた。

アルファベット順に並べたらどんな法則が発見されるかね？”との質問でもコメント

山岡望の「化學史傳」に原子量と周期律に関わるエピソードが載っている[22]。

でもなく、発表を揶揄する発言があり、会1866 年 3 月 1 日、ロンドンの化学会場に冷笑が起こった。ニューランヅは失意で、イギリスの青年化学者ジョン・ニューの中に演壇を降り、更に発表を会誌上に印

ランヅは以下の発表を行った。彼は、当時刷することも、「本会会誌には理論のみに知られていた六十二種の元素について、ま終始する論文は掲載しない慣例になっていず水素を１番とし、以下その原子量の順にる」との理由で拒絶された。その後、ニュ従って、第二番から五十六番までの各番号ーランヅがその研究を進めた形跡はない。

を与えた。二つの元素が殆ど同じ原子量をメンデレーエフの“元素の性質とその原持っている場合はそれらに同じ番号を与え子量の関係”と題する論文がセント・ペテた。

ルス大学で発表されたのは、その３年後の元素全体の数と番号の数が一致していない

1869 年 3 月 6 日のことであり、“オクターのは、そういう組み合わせが六組あったかブの法則”の価値が認識され、王立学会からである。こうした場合、ある元素から数らニューランヅに“Davy medal”が贈られえて第八番目に来る元素が初めの元素と同たのは 1887 年のことであった。

じような性質を表すことを見出し、ニューランヅは、「これ、恰も音階におけるオク現在、高校の化学授業で使われている教ターブの関係と同じ如くであり、この事実科書を開いて見た。まず見開きに完璧に仕を”オクターブの法則”」と呼んだ。ニュ上げられた周期表が目に入る。テキスト本
5

は大切と私は常々思っている。

文の元素の周期表の項目には、「元素を原子番号の順に並べた表」、「原型をメンデレ

引用文献ーエフらが作った」、「メンデレーエフは元素を原子量の順に並べた」との簡潔な説明が付されているだけである。私は高校時[22] 山岡望 化學史傳 脚注版 東京内

代、化学を勉強した際、「完成された学田老鶴圃新社 昭和 54 年 4 月 10 日問」であるとの印象を受け、ほとんど魅力

p.239-305 及び p.315-319.

を感じなかった。一つには、確立したこと[23] Wikipedia フラウンホーファー線のみを伝える教科書から化学の魅力をくみhttps://ja.wikipedia.org/wiki/%

出すことが出来なかったからであろう。

E3%83%95%E3%83%A9%E3%82%A6%E
3%83%B3%E3%83%9B%E3%83%BC%E3「元素を原子番号の順に並べた表」から始まる表現では、化学を最初に学ぶ生徒%83%95%E3%82%A1%E3%83%BC%E7は、原子番号が付された元素が先にあっ%B7%9A (2017 年 11 月 29 日閲覧)て、原子量はそれに付随したものという受[24] 渡部 潤一 フラウンホーファー線とけ止め方になるのではなかろうか？

は元素、原子量、原子番号、周期表と集約

www.jikkyo.co.jp/contents/download/

していくケミストの努力と、水素の輝線ス

9992656660 (2017 年 12 月 8 日閲覧)

ペクトル、プランクのエネルギー量子、ボ（E-mail : iizuka-fujino@nifty.com）

ーアの水素原子模型、Schrödinger 波動方
程式による水素原子の電子構造解明、元素の電子配置と繋がる物理学者の物質世界探求の結果が寸分たがわず見事な一致を見る
ことほど深く我々を魅了することはなかろう。元素をその相対的重量の順番に並べ、番号を割りふったことが原子番号の始まりであることは化学史的には最も重要なことである。
高校の化学教科書は見方を変えれば化学史そのものである。記載されている一つ一つの事実にまつわるこの上ないドラマを伝える副読本を与えれば、面白いと思った生徒は教えずとも自主的に読むであろう。
地球温暖化、エネルギー源、資源枯渇の次の時代、“ケミストリー”に課せられる役目を担う人材を育成のためにも、化学史を通じてケミストリーの魅力を伝えること
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