磁石の不思議

 
現代量子化学の大前提。
原子の中心に原子核があり、その周囲を電子が回っている。

以前から何度も述べているとおり、この点について、私は疑問を感じています。

この大前提で、ウランの核分裂をどう説明するか?
いわゆるウラン系列です。

原子量が、正確に4つずつ減っていくのです。
陽子と中性子が2つずつの合計4つずつ、正確に脱離していく。

ウランの場合、7重もの層になって、合計で92個も電子があります。
これにぶつからないようにして、しかも原子核から正確に4つずつ取らなければならない。

しかも原子核には、陽子と中性子が合計で235個もあり、団子のように固まっている。
正確に2つずつ、合計で4つずつに仕分けするのも難しそう。

例えるならば、何も壊さずにゆで卵から丸く固まった黄身を取り出したり、硬式野球ボールの芯を取り出すようなものである。

どう考えても、無理なのである。

まぁ、できるとしたら、マリックやドクターレオンぐらいか?
超マジシャンの世界になってしまう。

(ウィキペディアより)
周期律表

(ウィキペディアより)
Periodic Table structure


ところで、誰もが知っている磁石。
電磁石ではなく、永久磁石の方です。

不思議ですね、何故くっつくのでしょうか?

関係ありそうなところを、ウィキペディアより抜粋しました。

「電気と磁気の力はお互いに不可分である」とか書いてあります。
でも、肝心の電気がどこから来るのか、書いてありません。

3d軌道の不対電子がどうのこうの・・・。
よく分かりません。



磁石 (ウィキペディアより)

原理
電気と磁気の力はお互いに不可分である。これらの関係は電磁気学の基本方程式であるマクスウェルの方程式で与えられる。この方程式によると、電気を帯びた物体(電荷)を運動させると、磁気の場(磁場)が生じ、磁石としての性質を帯びることとなる。磁石の性質を持つ物質である永久磁石も、電流を流すと磁石になる電磁石も、これによって磁石としての特性が発現する

永久磁石
外部から磁場や電流の供給を受けることなく磁石としての性質を比較的長期にわたって保持し続ける物体のことである。強磁性ないしはフェリ磁性を示す物体であってヒステリシスが大きく常温での減磁が少ないものを磁化して用いる。永久磁石材料に関するJIS規格としてJIS C2502、その試験法に関する規格としてJIS C2501が存在する。アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石などが永久磁石である。


強磁性体 (ウィキペディアより)

強磁性体の物理
磁性体とは磁場をかけると磁気を生じる物質であるが、反磁性、常磁性、強磁性の3種類の磁性体の内、ここでは強磁性体がなぜ強磁性を持つのかを中心に関連する現象を説明する。

電子スピンによる磁性
不対電子(ふついでんし) 多くの原子が2つずつ対となる電子を電子軌道に留めている。これら、対となる電子はその各電子のスピンをそれぞれの電子がお互いに打ち消しあうために、外部から見て磁気は発生しない。つまりヘリウム原子は1s軌道に2つの電子が入って対(つい)となっているので磁気は生じない。水素原子は1s軌道に電子が1つしかない、つまり不対電子であるために磁気を生じる。これは、単独の原子の場合であるが、たとえばヘリウム原子はイオンとなってHe+の状態では1sに不対電子が生じるので磁気が生じる。また、水素原子も2つ集まったH2という水素分子になれば、共有結合の1s電子がお互いの1s軌道を埋めあうために不対ではなくなり磁気は生じなくなる。水素分子H2が酸素原子Oと化合した水分子H2Oも水素原子の1s軌道が少し曲がったくらいでは磁気は生じない。

より重い原子では、3d軌道や4f軌道に不対電子があるために磁性が生じている場合が多い。その典型は、鉄である。26Fe3+は3d軌道の1個と4s軌道の2個の電子が欠けることで3d軌道の5個の電子がすべて不対電子となる。これは受け入れられる電子が多い電子軌道の特徴的な差であり、単純なs軌道では対となればスピンを打ち消しあうがd軌道では5つの電子がすべて同じ方向のスピンを持っており強い磁性を発揮する。3d軌道に外殻電子を持つ原子がイオンとなると鉄同様の強い磁気を持つ。これらのイオン原子を磁気イオンという。22Ti3+、24Cr3+、25Mn2+が磁気イオンである。面白いことにd軌道の閉殻となる数10の半数の5がちょうど26Fe3+でここで磁気のピークとなりあとはd軌道に(6は欠番)7個電子が入った27Co2+、8個入った28Ni2+、9個入った29Cu2+と続き、不対電子が減ることで順に磁気は弱くなる。30Zn2+では3d軌道に電子が10個すべて埋まるために不対電子が無くなって磁気は発生しなくなる。




磁気には電気が不可分でありながら、永久磁石には電気の記述がないのです。
どこからも電気を得ていないのに、磁気だけが存在する。

この現象は突き詰めると、原子内から発生しているとしか解釈できないのではないでしょうか?

ちなみに3d軌道のモデルを、下図に示した。
何だかよく分からないのだけれど、これを見る限り、電子が一定方向に回っているわけではないことだけは分かる。



3d軌道 (ウィキペディアより)

配位子場によるd軌道の分裂d軌道(ディーきどう)とは、原子を構成している電子軌道の1種である。方位量子数は2であり、dxy軌道、dyz軌道、dzx軌道、dx2-y2軌道、dz2軌道という5つの異なる配位の軌道が存在する。

d軌道にどのように電子が配置されるかが銅や鉄などのDブロック元素の物性を決定している(周期表参照)。 特にマンガンやコバルトといった強磁性体の性質、遷移金属酸化物に代表される 強相関電子系の性質、そして高温超伝導体の物性、にはd軌道の電子が重要な役割を果している。

通常、d軌道は5重に縮退しているが、遷移金属錯体で見られるように、O2-やOH-などの配位子が遷移金属イオンの周りに配位すると、配位子による静電場の影響でd軌道の縮退が解け、配位の様式に応じて軌道準位が分裂する。これを配位子場分裂とよぶ。例えば6個の配位子が正八面体状に配位した場合、3重に縮退したt2g軌道と、2重に縮退したeg軌道に分裂する。配位子の方向に電子の存在確率が高いdx2-y2軌道、dz2軌道は配位子による静電反発のため、軌道のエネルギーが押し上げられ、2重に縮退したeg軌道になる。また、配位子の方向に電子の存在確率が低いdxy軌道、dyz軌道、dzx軌道はエネルギーが低く、3重に縮退したt2g軌道になる。

3d軌道
(3d軌道の角度依存。色は波動関数の符号に対応している。赤は正、青は負)




でも、私が考える竜巻モデル。
これだと簡単に説明できます。

まぁ、妄想だと笑われるかもしれませんが。

回転軸を固定すればよいのです。
通常は、竜巻回転をしながら、回転軸そのものがXYZの様々な方向を向いている。
常に回転軸の方向も、高速で動いている。

だが、もし回転軸が固定できたならば、一定方向に磁場が生じるのである。
竜巻回転の中では、電荷をもつデンシあるいはヨウシが、一定方向に回っているからである。

通常はあちこちを向いているので、特定方向に磁場が生じないだけである。

でも、強い磁場を与えると、多くの原子(元素)は反応するのである。
(注:反応しないものもある。反応するかどうかは、スピンと呼ばれる原子固有の値で、既定される)

実際に、NMR(核磁気共鳴スペクトル)では、原子が磁場に反応する性質を利用して、化学構造を解析するのに利用されている。
医療用MRIも同様である。


下図の竜巻モデルでは、赤い矢印で示したものが磁場の方向。
磁石のNなりSに、相当します。

竜巻 イオン化イメージ

下図は、竜巻モデルの一部。
一般的に3d軌道と呼ばれる軌道は、下から3番目の竜巻に相当します。
鉄の場合、一番外側になる回転面です。

竜巻モデル30

鉄の場合、Fe2O3になると、強磁性を生じるのだそう。

おそらく、このとき、竜巻回転軸の軸の方向が、制約されるのではなかろうか?
原子の結晶構造からくる歪みか何かで、竜巻回転が一定方向に向かざるをえなくなる。

その結果、磁石に一定方向の磁場が付与される。
そう考えると、ストーリーが繋がるのです。

とはいっても、もちろん、一定方向を向く原子の数は、ごくごくほんの僅かのはずですが。
もし全部が同じ方向を向いたならば、凄まじく強い磁場ができる。

おそらく、磁石が自身の磁場でつぶれるくらい強力。
アインシュタインのE=mc^2:質量はエネルギーであるという法則と、根っこは同じです。

とにかく原子内には、とてつもないエネルギーが詰まっているのです。

広島の原爆も、突き詰めると0.68gの質量欠損に過ぎない。
1gにも満たないのである。



竜巻回転軸が固定されるということは、磁場が生じる以外に、非常に面白い別の現象が生じるはずです。
それは質量の減少です。

すべての回転軸が完全に固定されたとき、その原子は質量を失なうはずだと、私は考えています。
ジャイロ効果です。

一定の方向に動かす限り、質量はない。
ただし、ねじろうとすると、質量に相当する激しい抵抗を生じる。

まだ完全に考えが固まったわけではないのだが、このようになるのではないか?

・竜巻回転の面以外の方向は、(万有)引力も生じないはずである。
・だが、竜巻回転のある方向には、(万有)引力が生じる。
・(万有)引力の大きさは、回転軸中にあるヨウシとチュウセイシの合計数、あるいはデンシの数に依存する。つまり、N極側とS極側では大きさが違う。


分かり易くまとめてみると、非常に強力な磁石を作って、非常に精密な天秤でその重さを測ったら、その磁石は測る方向によって、重さが異なるのではないかということである。
もちろん、天秤が磁気で誤作動を起こさないよう、工夫したうえでの話ではあるが。



まぁ、いつものように妄想と確信が入り混じっていますが。(笑)
こんな気がします。

とにかく、磁石の磁気は、どこからくるのでしょうか?
電気と不可分なはずなのに、磁石では磁気単独で存在するのは、何故ですか?

ちなみに、地球の磁気でさえ、コアやマントルに電流が流れているからだと言われています。
単独で存在しているわけではありません。

 
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