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    ハロウィン関係などいろいろと入荷

    2016.09.27 Tuesday

    諸事情によりなかなかブログを更新する気力がありません。
    まあわかる人にはわかると思うのですがかなり厄介なことに巻き込まれてしまいましてね。
    9/30以降はもしかすると発送がかなり遅れたり臨時休業も無きにしもあらずといった感じです。
    詳しいことは口止めされてるので言えないですが。

    ある意味トリックオアトリート。
    いやあ、茶化してる場合じゃないですが。

    この件が解決したら「君の名は。」の小説版を読みたい気分。
    映画は1月ほど前に気分転換に見たんだよなあ。なかなかよかった。

    ・・・

    というわけで新たに入荷した商品の紹介です。



    サンリオのポムポムプリン。ポケモンのプリンじゃありません。
    (実は最近までポムポムプリンはポケモンからのスピンオフかと思ってた)



    LINEスタンプのブラウン。全身を探してたのですが顔しかないようです。



    ウェディングベル。春に入荷予定でしたが大幅に遅れてしまいました。
    結婚式の飾りはもちろん、なんとなく上から吊るしてみてもいいですね。



    要望に応えて。クッキーモンスターは以前からありました。



    ウェディングとかクリスマスパーティー、あとハロウィンとかいろいろ使えそうです。
    グラスもそのうち入荷します。



    フォーマルな新郎新婦。キスする新郎新婦が品薄でしかも製造が終わっているようなのでその代替として入荷しました。



    これも要望に応えて。なおサリーは以前からあります。



    Facebookとかでよく見かけるやつ。



    ハロウィン、収穫祭に。可愛いので仕入れました。



    ハロウィン仕様のキティ。結構大きさがあります。



    新作のイケメン。価格設定を低く抑える要望が強かったため旧作の女性型風船と比較すると見劣りするところがあるかもしれません。
    しかしこの適当さが逆に良かったりしませんか?

    風船のガスはなぜ抜ける?

    2016.09.21 Wednesday

    風船を膨らませると気体の種類にかかわらず例外なく時間とともにしぼんでいきます。
    ただしぼむ速度は気体の種類に依存し、ヘリウムだと速く、空気だとそれよりもずっと遅くなります。
    経験上、ヘリウムで膨らませた風船は空気で膨らませた風船の5倍の速度で抜けてしまいます。

    なぜ密閉されているはずの風船表面から気体が抜けて、それも気体によって速度がこんなにも違うのでしょうか。
    ガスが抜けるメカニズムには大きく次の3つの要素が関係しています。

    (1) 分子運動による膜内へのガス分子の単純拡散
    (2) ガス分子の極性による膜分子との相互作用
    (3) ボース=アインシュタイン凝縮

    風船のフィルムは目には見えない小さな隙間が無数にあります。風船の素材であるポリエチレンやナイロン等は糸状の高分子からできていて、いわば不織布のような構造をしています。
    その隙間はガスの分子サイズよりは小さいですが、絶対零度でない限りはガスも高分子も動いているので時々隙間をガス分子が通り抜けてしまうことがあります。暑いほど速く抜けるのはこのためで、これはタイヤにも言えることです。

    さて、分子の隙間から抜けるということは分子が大きいほど抜けにくいということになるはずです。
    以下は様々な気体分子のサイズです。

    分子サイズ
    (出典: 配管技術 2012年8月号 日本工業出版)

    ボンベのような高圧条件では衝突直径が重要になりますが、フィルム風船が耐えられる程度の圧力(1atm前後)では動的分子径が分子の直径と考えて差し支えありません。
    この表を見ると確かに水素やヘリウムが酸素や窒素よりも小さいことがわかります。ただ、思ったより変わらないという印象も受けますね。

    ではサイズの似通った酸素、窒素、二酸化炭素はどれも同じような速度で抜けるのでしょうか?



    少し文字が小さくて見にくいですが、どのプラスチックでもなぜか透過速度に大きな差があることがわかるでしょう。これだけの差は分子ふるい効果や分子量による運動速度の違いだけでは説明できません。

    この違いは(2)のガス分子と膜の相互作用が関係しています。
    特筆すべきは二酸化炭素と水蒸気の並外れた透過性で、一部例外はあるもののこの2つは酸素や窒素よりも速く抜けていきます。
    風船を口で膨らます人はなんとなくこのことに気づいているかもしれませんね。

    二酸化炭素や水蒸気は分子が極性を持っていて、酸素原子がマイナスに、炭素原子や水素原子はプラスに分極しています。
    高分子もまた分極があり、例えばポリエチレンは炭素原子がマイナスに、水素原子がプラスになっています。このため極性のある分子はそれが無い分子と比較して速く膜の中に入り込んでしまうのです。

    ところで表をよく見るとプラスチックによって特徴が異なることがわかります。例えば塩化ビニルや塩化ビニリデンは原子半径の大きい塩素原子を含むためそれが分子運動を妨げるため優れたガスバリア性を持ちます。だから空ビはフィルム風船と比較してなかなか抜けないわけです。
    また、分子内にOH基をたくさん持つセロファンは水をよく通します。乾燥状態では分子間水素結合により優れたガスバリア性を示しますが、水に弱いのが残念ですね。

    さて、この表に水素やヘリウムは載ってませんが、これらは二酸化炭素や水蒸気と比較しても並外れた速度で抜けていきます。
    水素やヘリウムは酸素よりも少し小さいですが極性はありません。極性が無いということは抜けにくい方の寄与もあるわけでサイズによる抜けやすさがある程度相殺されてもいいはずですよね。

    実は水素やヘリウムの場合はまた別のメカニズムが働いていて、それは(3)のボース=アインシュタイン凝縮です。
    陽子、中性子、電子は同じ場所に同時に存在することができません。このような性質の粒子をフェルミ粒子といいます。
    自然界のヘリウムのほとんどを占めるヘリウム4は2個ずつの陽子、中性子、電子からできていて、このように偶数個のフェルミ粒子から構成される粒子をボース粒子といいます。

    ボース粒子にはおもしろい性質があり、フェルミ粒子と違って同じ場所に同時に存在することができるのです。
    ただし条件があり、それはエネルギーが最小の状態になった時です。絶対零度近くの液体ヘリウムなら壁を登って流れ出たり分子1個分の隙間からドバドバ漏れ出すという不思議な現象を肉眼で観察することができます。

    しかし常温のヘリウムでも統計的には個々の原子のエネルギー状態はプランク分布に従うので、中にはボース粒子としての本領を発揮するヘリウム原子も出てきます。
    水素の場合は原子状であれば陽子と電子が1個ずつなのでフェルミ粒子として振る舞いますが、水素は常に分子として存在しますのでその状態ではボース粒子として振る舞うことができます。(クーパー対)

    これが重水素であれば原子状でもボース粒子として振る舞うため、それが重水素で常温核融合が可能であるという論拠になっています。

    ちなみに炭素原子や酸素原子も一応ボース粒子になりますが、構成する粒子の数が多すぎてヘリウムのようにボース=アインシュタイン凝縮を起こすことができません。

    電子の姿

    2016.09.03 Saturday

    もう9月です。早いですね。
    台風10号、アジア名ライオンロックが関東近海を通過して都内でも大雨に見舞われました。
    あの台風は動きからして明らかにおかしくて異質でした。
    台風の常識など人間が経験則で作ったものに過ぎず、それに従わない台風もあるので天気予報を過信せずに日頃から防災意識を持っておくことの重要性を改めて認識させられます。
    犠牲になられた方のご冥福ならびに、破壊された生活や経済の一刻も早い復興をお祈りします。

    さて、台風には「ここから台風本体」という明確な境界線がありません。暴風域や強風域が決められているものの、それは便宜的に決めたものなので本当に風速を元に境界を決めようとすると丸鋸の刃のようないびつな形になります。
    天気図に出ている真ん丸な台風の姿から明らかに距離があるのに豪雨や竜巻に見舞われる場合があることからもそれはわかります。

    ・・・

    台風と同じように境界がよくわからないものに原子があります。
    原子は地球上の物質全ての最小単位であり、原子を理解することは相手が人間だろうが風船だろうが全ての物事を理解する上での基本となります。
    場所を地球に限定すればその性質を決めるのは原子核を取り巻く電子で、それが地球で起こる全ての事象を支配していると言えます。なお、太陽の中心核や中性子星、ブラックホールに関してはそれが当てはまりません。

    電子の解釈は次の3つが知られています。

    (1) 太陽を公転する惑星のように原子核の周囲を粒子状の電子が連続的な軌道を描いて公転している
    (2) 地球を取り巻く雲のようにボヤーっと全体に分布していてつかみどころがない
    (3) 粒子状ではあるが波動関数に従って分布し、位置と時間を同時に決めることができない

    (1)が最も古典的な解釈で、(3)が近代的な解釈、(2)は両者の中間的なものです。どれが正しくてどれが間違っているという話ではありません。
    高校時代に(1)の解釈で説明した先生に食って掛かったことがありますが、今思えばその行動は適切じゃなかったと思ってます。

    (1)は長岡半太郎が提唱したモデルで、理解のしやすさから現在でも中学や高校の化学ではこれを教えています。
    ただこのモデルには問題があり、引力と遠心力の釣り合いということにしてるため電子が徐々に運動エネルギーを失って核に落下してしまいます。これを解決すべくボーアやド・ブロイがこのモデルに修正を加え、電子の存在する場所は決められているというモデルを構築しました。

    ド・ブロイが提唱した物質波の概念を電子に当てはめたのが(2)のモデルです。
    物質には粒子としての性質と同時に波動としての性質を持ち合わせているとされており、密閉されているはずの風船のガスが抜けていったり感情に波があったりというのも物質が、特に電子が粒子と波動の二面性を持つためです。
    スマートフォン等に搭載されているフラッシュメモリもそれを応用しています。

    ド・ブロイの物質波をさらに発展させたのがシュレディンガーです。
    シュレディンガーは物質波を定式化し、シュレディンガー方程式を構築しました。
    シュレディンガー方程式を解くと波動関数が得られます。波動関数は電子の軌道(存在確率の高い領域)そのものの形をしています。
    ただこの波動関数には位置と時間を同時に決められないという厄介な特性があるため確率でしか論じることができないのです。

    ・・・

    (3)を理解するには大学以上の数学の知識が必要となるため普通は(2)の解釈で困ることはありません。
    電子が粒子と波動の二面性を持つおかげで地球は生命に満ち溢れ、人類は文明の恩恵に授かることができたのです。

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