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原子わ他の原子に変えることは可能か?

いま、ふと電車の中で疑問に思いました。

原子って、陽子、中性子、電子で構成されていますよね?

原子の違いは、その陽子などの数の違いですよね?
ということは、その数を変える事が出来れば、炭素原子から酸素原子を作ったり、
悪を考えれば、金Auまで作れていまいますよね?



当然、今の技術では、出来ないとは思いますが、理論上はできませんか?
それとも、根本的に陽子などの数以外に違いは、あるのでしょうか?
陽子などを足したり引くのはかなりの力がいるとは思います。
そういえば、原発とか核爆発は、その様な力を使っているのでしたっけ?



他の原子に変えられなくても、陽子、中性子、電子の数が一つ違うだけで、窒素Nと酸素Oの違いが出るのも凄いと思いました。

投稿日時 - 2012-07-25 12:54:01

QNo.7609713

暇なときに回答ください

質問者が選んだベストアンサー

>当然、今の技術では、出来ないとは思いますが、理論上はできませんか?
>それとも、根本的に陽子などの数以外に違いは、あるのでしょうか?
理論的にできますし、現在の人間の技術でもできます。自然界でも起きていますよ。

例を挙げてみましょう。
炭素14という原子核種をご存知でしょうか。
自然界に存在する放射性の炭素の一種で、考古学などでの年代測定につかわれる核種です。
この核種は、大気中の窒素(窒素14)が宇宙空間から飛来する中性子と反応することで生成します。
 14N + n → 14C + 1H
(窒素14が中性子と反応して、炭素14と水素1を生成する)

>悪を考えれば、金Auまで作れていまいますよね?
はい、作れますよ。
水銀196に中性子を照射すると、最終的に金197を生成します。
 196Hg + n → 197Hg* + ガンマ線
 197Hg* → 197Au*
 197Au* → 197Au + ガンマ線 (←金ができた!

でも、世の中そうそううまい話はないわけで。
実際は問題がありましてね。
大雑把にやってしまうと、このできた金、さらに中性子がぶつかると水銀に戻っちゃうんですよ。
 197Au + n → 198Au  (←この金は放射性物質。ベータ崩壊する。
 198Au → 198Hg + ベータ線  (←水銀に戻った…

だからといって、原子一個づつやろうとすると、金を1gつくるのに以上の作業を、
3055837563000000000000回(3.1E+21回、31垓回、金1/197molに相当)繰り返さないといけません。
今日2012/07/25の金地金1gの価格は4135円(田中貴金属(株)の本日の買い取り価格)のようですが、
どう考えたって、もとは取れそうにありません。
中性子照射施設を作るにしろ、それを運転する電気代にしろ、そちらのコストのほうがはるかに上回るからです。
なので、「現代では錬金術は可能ですけど、実際にやるとものすごい貧乏になっちゃう(笑)」というのが結論です。
(※実際には、さらに不純物として放射性物質が生成して混ざってきてしまうため、値打ちはおそらく皆無になってしまうでしょうね。)

>そういえば、原発とか核爆発は、その様な力を使っているのでしたっけ?
これは、核分裂反応、原子核を真っ二つに割る反応ですね。
(正確に言うときれいに真っ二つになることは少なく、少し大きいものと少し小さいものに割れることが多いです。)
核反応という意味では仲間ですが、「炭素原子から酸素原子を作る」といった考えからすると少し違うように感じます。
どちらかというと、放射性壊変の逆を人工的に行う感じですかね。
(アルファ線や中性子を出すのではなく、アルファ線や中性子を原子にぶつけて押し込む)

>他の原子に変えられなくても、陽子、中性子、電子の数が一つ違うだけで、窒素Nと酸素Oの違いが出るのも凄いと思いました。
本当に不思議ですよねぇ。


以上、参考まで。

投稿日時 - 2012-07-25 18:29:22

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回答(4)

ANo.3

理論上は可能ですが、莫大なエネルギーが必要です。
宇宙物理的な話題になりますが、太陽程度の質量の恒星内部では、水素原子4個が核融合反応して1個の安定的なヘリウム原子が生産されており、その質量は水素原子4個の質量(1.00794*4)=
4.03176より小さく4.002602となります。その差分が特殊相対性原理 E=mc² に相当するエネルギーとなって宇宙空間に放出されています。ヘリウムはまた核融合反応して赤色巨星となり、最終的には鉄またはニッケルからなる中心核である白色矮星を残して爆発・飛散します。
太陽程度の恒星では誕生から爆発までに100億年程度の寿命を保ちますが、太陽の30倍以上質量の超巨星は、中心核に中性子星若しくはブラックホールを残して、鉄や金銀鉛その他諸々の元素からなる分子雲の元を放散させ、それらがまた集まって別の恒星・衛星系を誕生させます。
地球上の金属や岩石質鉱物と諸元素は、それらの化合体、集積体からなる物がほとんどです。原子炉燃料とされるウランU238の半減期は4.468*10⁹年、つまり約450億年で宇宙の誕生より遥かに古い計算になります。
このことは、ほとんどの金属や岩石は、宇宙誕生(ビッグバーン)時の超高圧超高温下で誕生した物です。例えば地球誕生と同じ程度の45億年前の太陽を再生するためには、その間に宇宙空間に放射された太陽の総エネルギーを取り戻さなければならない訳で、進化は全て不可逆である所以です。
理論上可能なことでも、実際には不可能なことが少なくありません。また、原発は核の崩壊をトリガー(引き金)因子となる中性子やプルトニウムを用いて加速させ、その崩壊熱を利用しているだけに過ぎません。MOX燃料もその一種、高速増殖炉『文殊』も、不安定きわまりない冷却剤「ナトリウム」を使用するため、世界各国が開発を撤退し、日本だけが巨額の税金をつぎ込んでいます。第一、使用済み核燃料の再処理施設・・・青森県六ヶ所村・・・でさえ、正常稼動できていません。

投稿日時 - 2012-07-25 16:13:59

ANo.2

可能ですが、普通の化学反応などではなく核融合や核分裂による核反応が必要です。

実際に私たちが毎日目にしている太陽ではものすごい勢いで水素がヘリウムに変る核融合反応が起きていますし、現在地球にある水素を除く全ての原子は核融合反応の結果できたものです。太陽程度の大きさの恒星では核融合反応が進んでも水素からヘリウムで終わりで、それ以上重い(原子量の多い)原子ができてくることはありませんが、もっと大きな恒星や超新星爆発などのように膨大なエネルギー(太陽が46億年かかって放出した全てのエネルギーを超える量のエネルギーが一瞬で出る場合もある)の放出がある場合はもっと重い原子まで作られます。とても有名なアインシュタインの相対論の式でE=MC^2という式がありますが、これは物質とエネルギーは相互に変換できると言うことを意味しています。ある物質がある速度で(この場合は光速)で運動する場合のエネルギーの大きさを表した式ですが、等式ですから逆も同様に成り立ちますのでエネルギーが物質を作ることも、同様にあるということをあらわしています。

また、日本でも使われている原子力発電の原子炉の中でも核燃料(通常はウラン235というウランの同位元素)からウラン以外の元素(Pu・Pa・Npなど)ができます。これは現在の技術で起こっている原子自体が別の原子に変る実例です。

いわゆる化学反応というのは原子核ではなく、その周りをまわる電子のやり取りで起こる反応なので核反応とは別の次元での反応です。原子の種別は原子核内部の構成で決まるので電子の働きで起こる通常の化学反応とは異なります。また、ある物質にどんどんエネルギーを与えて(たとえば加熱する)などしていくと、原子核から電子が剥ぎ取られてしまい、どの電子がどの原子のものかわからない状態(当然分子などは存在しない)になるのですが、この状態を物質の3体(気体・液体・固体)の次の状態として扱うこともあります。この状態をプラズマと言います。

投稿日時 - 2012-07-25 14:03:32

ANo.1

核分裂、核融合を少しだけ勉強したら、すぐ判りますよ。

投稿日時 - 2012-07-25 12:58:51

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