イオン・プラズマ・素粒子について

イオンとはどんなものなのか？

プラズマとはどんな状態なのか？

素粒子には、どんな物があるのかについて説明します。

イオンの状態とは

イオンとプラズマの状態に、影響をあたえるものは電子の状態です。　

★　通常の状態の原子は、図のように原子核のプラスと電子のマイナスが打ち消しあって　電気的には中性　の状態になっています。

★　しかし、図のように、原子に外部から何らかの刺激が与えられると、そのエネルギーによって電子が外に　放出されたり、受け取ったり　することがあります。

★　このようになると、いままで電気的には中性だった原子から

マイナスである電子が飛び出したので　プラス　を帯びた状態になります。

反対に、電子を取り込んだ原子は　マイナス　を帯びた状態になります。

このような、原子の状態のことを　イオン　と呼びます。

イオンという呼び方は、マイケル・ファラデー（1791年9月22日 – 1867年8月25日）イギリスの化学者・物理学者によってつけられました。

■　ナトリウムイオン

ナトリウムは原子番号が１１の元素です。

M殻にある電子が、何らかのエネルギーを受けて飛び出すと　陽イオン　となり

安定した　ナトリウムイオン　となります。

■　塩素イオン

塩素は原子番号が１７の元素です。

M殻に外から電子をもらうと　陰イオン　なり、塩素イオン　となります。

■　イオン化傾向

★　電子が移動すると電流が流れるのですが　

電荷を帯びている原子や分子（つまりイオンの状態）　が移動しても電流が流れることになります。

これは食塩が水に溶けたときに、食塩（NaCl）が　

ナトリウムイオンと塩素イオン　に分かれることで、電気を通しやすくなったためです。

イオンを使った技術は、電池（リチウムイオン電池など）

電気透析（脱塩・殺菌）、バイオ技術などに使われています。

プラズマとは

★　プラズマを作るには期待を数万度Ｃ以上の超高温にすることで作る場合と

気体に高電圧をかけることで作る場合があります。

北極などで観測されるオーロラは

太陽から放射されたプラズマ粒子（太陽風）に

大気中の酸素や窒素の粒子と衝突して起こるものです。

プラズマを使った技術は、蛍光灯、アーク溶接器、プラズマカッター、プラズマディスプレイ

などに使われています。

素粒子とは何か

物質をどんどん小さくしていった時に、最後にたどりつくものが素粒子です。

すべての物質は分子と原子でできています。

原子は原子核と原子核を取り巻く電子でできています。

そして、原子核は陽子や中性子でできています。

さらに陽子や中性子は3個のクォークで構成されていることが知られています。

素粒子は大きく３つに分けることができます

素粒子のフェルミ粒子はクオークとレプトンのグループに分かれる

素粒子クオークのグループ

• アップとダウン
• チャームとストレンジ
• トップとボトムがありそれぞれが対になっています。

素粒子レプトンのグループ

• 電子と電子ニュートリノ
• ミューとミューニュートリノ
• タウとタウニュートリノがありそれぞれが対になっています。

電子はレプトンに分類される素粒子に入ります。

■　たとえば、ヒトを素粒子に分解してみると

★　ヒト　→　細胞　→　分子　→　原子　→　原子核(陽子と中性子)、電子　のようにわけられます。

原子を素粒子の電荷量で見る

素粒子アップクオークの持つ電荷は　\(\cfrac{2}{3e}\)　クーロンであり

素粒子ダウンクオークの持つ電荷は　\(-\cfrac{1}{3e}\)　クーロンとされています。

■　陽子の電荷量

素粒子アップクオーク2つと素粒子ダウンウオーク1つでできています。

電荷的には次のようになります。

陽子の電荷量\(=\cfrac{2}{3}e×2+\left(-\frac{1}{3}e \right)=e\)　[C]

■　中性子はクオーク族

アップクオーク1つとダウンウオーク2つでできています。

電荷的には次のようになります。

中性子の電荷量\(=\cfrac{2}{3}e+\left(-\frac{1}{3}e×2 \right)=0\)　[C]

■　電子の持つ電荷は 　-e　[C]

従って原子を電荷量で見ると、陽子　\(+e\)　、中性子が　\(0\)　、電子　\(-e\)　なので合計すると電気的に0（ゼロ）になります。

原子は原子番号＝陽子の数＝電子の数となっています。

以上で「イオン・プラズマ・素粒子について」の説明を終わります。