坂根教授の周期表とっておき話

愛媛県総合科学博物館で新春、2020年1月5日(日)にイベントが開催されます。

坂根教授の周期表とっておき話

第1部 11:00　目がさめるような科学おもちゃ大紹介！
ダイナミックで超おもしろ！夢中になる科学おもちゃ大集合

第2部 13:30　周期表と個性豊かな元素たちの大実験！
中四国の高校生を熱狂させた実験から愛媛科博のためのスペシャル実験ショー



午前中の第１部では、月刊「たのしい授業」（仮説社）で連載・紹介している科学おもちゃをはじめ、たくさんの化学おもちゃ、物理おもちゃを紹介いたします。

午後の第２部では、たくさんの周期表グッズ、元素グッズをはじめ、元素に関わる楽しい実験を行います。






愛媛近郊の皆様、よろしければお越しください。

詳細はこちら

アプリ「もしも原子が見えたなら」リリース

アップルストアでアプリ「もしも原子が見えたなら」が本日リリースされました（数百円の有料です）。

自分がもし原子・分子のサイズになったら、空気や水の分子はこんなふうに見えるかも！

という体験ができます。百聞は一見にしかず。

温度を変えたり、見る方向変えたりできます。温度が上がるって、こういうことだったんだ！と発見体験。

このアプリ１本で、原子・分子の世界の授業ができます。英語版に切り替えることもできます。

もしも原子がみえたなら―いたずらはかせのかがくの本 (いたずらはかせのかがくの本 新版) [大型本]

板倉 聖宣

仮説社

2008-11-25

もしも原子がみえたなら―カラー版 (いたずらはかせのかがくの本 7) [単行本]

板倉 聖宣

国土社

1971-01-01

第12回DV-Xα研究協会功績賞

2018年08月08日、アオーレ長岡（新潟県長岡市）で開催された第31回DV-Xα研究会にて、「新版 はじめての電子状態計算 の出版と講習会によるDV-Xα法の普及活動」が評価され、坂根弦太・足立裕彦・小笠原一禎・小和田善之・水野正隆の５名に対して第１２回DV-Xα研究協会功績賞が授与されました。

2018年08月08日、80808、プログラミングの世界では“8”はよく“∞（無限大）”の代用文字として使われます（90度回転させれば∞は8になります）。

80808 =“∞〜0〜∞〜0〜∞”、何もない無（ゼロ）から終わりのない無限大まで５回も行ったり来たり、プログラムの開発から普及までの仕事が評価されて共同受賞した受賞日に相応しい日付です。

また８月８日というのは、 “そろばんの日” でもあります。

そろばんと言えば一種の計算機（計算をするための道具）、これまたプログラミングに関係した仕事で評価を受けた日としては相応しい日です。

なぜ８月８日が “そろばんの日” か、それはそろばんの珠を、 “パチッ！”、 “パチッ！” と弾いて計算をすることから、 “パチッ！”、 “パチッ！” で ８（ハチ）、 ８（ハチ）、 全国珠算教育連盟が1968（昭和43）年に８月８日を “そろばんの日” と制定したのです。

昭和４３年（西暦１９６８年）と言えば私（坂根）の生まれた年です。

制定から５０年が経過して初めて西暦の末尾も "8" になった2018年08月08日のそろばんの日に、パチッ(8)、パチッ(8)っと計算に関する特異日（受賞日）を迎えたのも不思議な話です。

2018年08月08日（水）という日付に、不思議な数字の奇遇、因縁を深く感じます。

１８０８０８、私の人生におけるこの記念すべき特異日のことは生涯忘れないことでしょう。

実はここまでの文面、10年前に私が書いたblogとほぼ同一です。

功績賞をいただくのは２回目なのですが、前回は10年前の同じ日(8月8日)に授賞式がありました。

第07回DV-Xα研究協会功績賞 2008年(平成20年)08月08日 私は40歳

第12回DV-Xα研究協会功績賞 2018年(平成30年)08月08日 私は50歳

20, 30, 40, 50, 偶然とは言え、数字のそろい方がとても不思議です。

参照：岡山理科大学　学科トピックス
　　　岡山理科大学　研究・社会連携室
　　　DV-Xα研究協会

DV-Xα分子軌道計算講習会のご案内

2018年8月6日(月)、アオーレ長岡（新潟県長岡市）にて、DV-Xα分子軌道計算講習会が開催されます。

参加費1000円、先着20名様、申込受付中です。

詳しくはこちら→ DV-Xα分子軌道計算講習会（新潟・長岡）

新版はじめての電子状態計算−ＤＶ‐Ｘα分子軌道計算への入門 [単行本]

足立裕彦, 小笠原一禎, 小和田善之, 坂根弦太, 水野正隆

三共出版

2017-11-01

DV-Xα法のための統合支援環境

【DV-Xα法のための統合支援環境】秀丸エディタ 最新版 Ver. 8.79 がリリースされました。

また、GUI版dvscat プログラム (Windows専用) は、最新版 Ver. 2.03 がリリースされました。

2018年3月14日現在、DV-Xα法のための統合支援環境は、以下の状況です。

1. DV-Xα分子軌道法プログラム本体
2. 教育用分子軌道計算システムeduDV
3. 秀丸エディタ（シェアウェア）
4. 三次元可視化システムVESTA
5. 構造ファイル変換ユーティリティOpen Babel
6. DV-Xα法計算支援環境（秀丸エディタマクロ集）
7. DV-Xα法計算支援環境利用の手引き（PDF）
8. 新版 はじめての電子状態計算（三共出版）
   

新版はじめての電子状態計算−ＤＶ‐Ｘα分子軌道計算への入門 [単行本]

足立裕彦, 小笠原一禎, 小和田善之, 坂根弦太, 水野正隆

三共出版

2017-11-01

硫酸銅五水和物の単結晶構造解析

青色の結晶、硫酸銅五水和物 CuSO₄･5H₂O の中で、銅原子と水分子と硫酸イオンの位置関係はどうなっているのでしょうか。



青色の結晶１粒にＸ線を照射し、その結晶構造を解析しました。




ピンク色の球は銅イオン（Cu²⁺）、赤い球は酸素原子、緑色の球は水素原子、黄色の球は硫黄原子です。

１つの銅イオンには、水分子（H₂O）が４つ、平面型で結合しています。その上下には硫酸イオン（SO₄^2-）が弱く結合しています。

そして、銅原子とは関係のない離れたところにぽつんと１つ（銅イオン１つあたり）水分子（H₂O）がいます（結晶水）。

ところで、理化学辞典（第５版）の　“硫酸銅”　の項には、硫酸銅五水和物の構造の図が掲載されていますが、



この図で右上の銅イオン（Cu²⁺）には、水分子（H₂O）が５つ、硫酸イオン（SO₄^2-）が１つ、結合していることになっています。

しかし、硫酸銅五水和物（CuSO₄･5H₂O）の単結晶構造解析によれば、銅イオン（Cu²⁺）に結合している水分子（H₂O）は４つであり、この図は間違っていると思います。

正しくは、



赤色の箇所の水分子（H₂O）は、硫酸イオン（SO₄^2-）の間違いであろうと思います。

参照：http://www.chem.ous.ac.jp/~gsakane/cuso4.html

かがやく蛍光ペン！

「かがやく蛍光ペン！」のワークシートを改訂しました。

黒い背景の中の白い小さい枠を、いろいろな色の蛍光ペンで塗りつぶすだけで準備完了です。

部屋を真っ暗にして、UV-ライトを照射すれば、まぶしいぐらいに明るく蛍光ペン（のインク）が輝きます！

UV-ライトを、ワークシートにくっつくまで近づけるのがコツです。



以下のURLよりダウンロードしてお使い下さい。

・かがやく蛍光ペンワークシート（ｐｄｆ）
　http://www.chem.ous.ac.jp/~gsakane/UV.pdf

・かがやく蛍光ペンワークシート（ワードファイル）
    http://www.chem.ous.ac.jp/~gsakane/UV.docx

学長表彰

岡山理科大学 学長表彰 を受けました。



あなたは 授業アンケートにおいて学生から高い評価を受けるとともに 教育改革推進補助事業では 初年次教育における理科教材の開発・普及に取り込むなど理科教材を用いた理科教育の充実に大いに貢献されました
また 独立行政法人科学技術振興機構 理科支援員等配置事業において「卓越した理科特別講師」に認定されるなど理科教育に関する啓蒙活動にも積極的に取り組まれました
よって これまでの努力と成果を讃え ここに記念品を贈り表彰します

平成29年10月31日
岡山理科大学学長
柳澤康信

分子軌道法に関する新刊書籍「新版 はじめての電子状態計算」

足立裕彦・小笠原一禎・小和田善之・坂根弦太・水野正隆共著
「新版 はじめての電子状態計算 DV-Xα分子軌道計算への入門」

11月上旬刊行予定です。

詳細は、三共出版ウェブサイトをご覧下さい。

はじめての電子状態計算―DV‐Xα分子軌道計算への入門 [単行本]

足立裕彦・小笠原一禎・小和田善之・坂根弦太・水野正隆

三共出版

2017-11-01

黒い背景によってまるでLED素子のように明るく光る（紫外線LED照射）蛍光ペンインク

黒い背景にすると，紫外線LED（375 nm）を照射すると，蛍光ペンのインクが明るく輝きます！



普通の白色コピー用紙は，375 nm の紫外線を照射すると，そのままでも結構紫色に光って見えます．

この場合では，白色コピー用紙に蛍光ペンで文字や絵をかいて 375 nm の紫外線を照射しても，背景の紫色の光に邪魔されて，蛍光ペンのインクがそれぞれの色で光っている様子が目立ちません．

そこで，予め白色コピー用紙の一部分を真っ黒に印刷しておき，その真っ黒の中に白い部分を残しておいて，その白い部分を蛍光ペンで塗りつぶすことにより，暗闇で 375 nm の紫外線を照射すると，蛍光ペンのインク部分が，それぞれの色で輝いて光ることを考えました．

実験結果は感動的でした！

紫外線LEDを紙にくっつくぐらい至近距離で照射すると，まるで，いろいろな色のLED素子が光っているように見えます．暗闇の中，大勢でこの実験をすると，とても不思議な世界になります．

この実験で用いる用紙(PDF)を，以下のURLで一般公開いたします．

【ひかるけいこうペン！ http://www.chem.ous.ac.jp/~gsakane/UV.pdf】
(pdf, 180 KB) （ウェブサイトはこちら）

また，必要に応じて編集してお使いいただけるように，Wordファイル(docx)も公開いたします．

【ひかるけいこうペン！ http://www.chem.ous.ac.jp/~gsakane/UV.docx】
(docx, 16.8 KB) （ウェブサイトはこちら）

インクジェットプリンターや輪転機で印刷した場合，蛍光ペンで白い場所を塗りつぶすとき，黒くにじんでしまい，蛍光ペンのペン先が黒くなってしまう可能性があります．
レーザープリンターまたはコピー機での印刷が良いと思います．

無機元素化学研究室

2017年度（平成29年度）の無機元素化学研究室（通称：∞研）が始まりました。


 
今年度はまず、伯剌西爾木（赤や青）, 蕎麦（黄色やオレンジ色）, 臙脂虫（赤や紫色）, 消化性潰瘍用剤（無色） などについて研究を進めていきます。



A1号館3階にあります。 

人生周期表のWordファイルを公開しました

人生は周期表のごとし．

第１周期：1歳2歳までの2年間は，赤ちゃん本人にとっても，親にとっても，一日一日が長く感じられます．

第２周期：3歳から10歳までの少年期，たったの8年間ですが，心身ともにものすごく成長する時代です．

第３周期：11歳から18歳までのティーンエイジャーの時期，たったの8年間ですが，密度の濃い青春時代です．

第４周期：19歳から36歳までの18年間．大人としての扱いを受けはじめ，働いたり納税したりして，社会の一員になります． 

第５周期：37歳から54歳までの18年間．職場では熟練者として，中堅として，脂の乗った働き盛りです．

第６周期：55歳から86歳までの32年間． だんだん高齢者と呼ばれるようになる時代．還暦，古希，喜寿，傘寿のお祝いもこの時代． 

第７周期：87歳から118歳まで．ギネス世界記録の長寿世界一記録によると，最高齢が122歳とのこと．

人生周期表(pdf)のワード文書を公開しました。

• 人生周期表 Wordファイル（LifeTimePeriodicTable.docx）

人生周期表の欄外の説明文など，適宜修正してご活用いただけます．

多肉植物と量子化学

８月６日（土）は、岡山市の半田山植物園で、「サボテン・多肉植物の不思議」というワークショップの講師を務めます。小学生以上の親子１０組が対象、すでに満席で申込は終わっています。





８月７日(日）は、東京工科大学八王子キャンパスで、「量子化学　夏の体験講座」という講習会の講師を務めます。高校生・大学生向きの内容で、先着１０名様程度、現在、参加者受付中です。

日本語冗談周期表最新版公開

日本語冗談周期表を改定しました。

ニホニウム(Nh), モスコビウム(Mc), テネシン(Ts), オガネソン(Og)を追加したのです。

日本語冗談周期表(pdf)
http://www.chem.ous.ac.jp/~gsakane/JapaneseJokePeriodicTable4.pdf

なぜ、オガネソンが「恐怖」なのか、是非、pdfの解説（２ページ目）をご覧下さい。

ヘキサクロリドニホニウム(III)酸イオンの電子状態計算

2016年6月8日(水)22:30、国際純正および応用化学連合(IUPAC)より原子番号113番元素、115番元素、117番元素、118番元素の英語元素名(案）、元素記号(案)が公表されました。

113番元素名(案)Nihonium, 元素記号(案)Nh 115番元素名(案)Moscovium, 元素記号(案)Mc 117番元素名(案)Tennessine, 元素記号(案)Ts 118番元素名(案)Oganesson, 元素記号(案)Og

第一原理分子軌道計算プログラムDV-Xα法では、早速、これらの元素を分子軌道計算に含められるようになりました。

従来の計算環境の、C:\dvxa\data\nonrel を、以下に公開されているnonrelに置き換えるだけで、ニホニウム(Nh)、モスコビウム(Mc)、テネシン(Ts)、オガネソン(Og)を分子軌道計算に含められます。

http://www.chem.ous.ac.jp/~gsakane/nonrel/nonrel

計算例として、ヘキサクロリドニホニウム(III)酸イオン [Nh^IIICl₆]^3- の電子状態をDV-Xα法で計算し、三次元可視化システムVESTA Version 3.3.6 で分子軌道や静電ポテンシャルマップなどを三次元可視化してみました。

この計算では、相対論効果は考慮していません。また、ニホニウム(Ns)の寿命はきわめて短く、しかもまだ数原子しか合成されていないのですから、もちろんヘキサクロリドニホニウム(III)酸イオンなどという化合物が実際に合成されたわけではありません。DV-Xα法でニホニウム(Nh)を含む分子軌道計算が動作するかどうかを検証したものです。

なお、ニホニウム(Nh)と塩素(Cl)の原子間距離は、2.5 オングストロームとして計算しました。

DV-Xα法の計算で入力する必要があるのは、原子番号と原子の座標のみです。

今回の計算で用いたDV-Xα法の入力ファイル【F01】を以下に示します。

【F01】

----+----1----+----2----+----3----+----4----+----5

| Z ||NEQ||   X    ||   Y    ||   Z    |

  113    1   0.00000   0.00000   0.00000

   17    2   2.50000   0.00000   0.00000

   17    2  -2.50000   0.00000   0.00000

   17    2   0.00000   2.50000   0.00000

   17    2   0.00000  -2.50000   0.00000

   17    2   0.00000   0.00000   2.50000

   17    2   0.00000   0.00000  -2.50000

---------------------------------------------

|NEQ||  CHG   ||U/D||   RD   ||   VD   |    1

    1   3.00000

    2  -1.00000

---------------------------------------------

    0     Unit     (0:angstrom  1:atomic)

    0     Spin     (0:non-spin  1:spin  )

    0     M.P.     (0:No        1:Yes   )

30000     Sample Point ( <100000, =0 autoset )

----+----1----+----2----+----3----+----4----+----5

サンプル点は30,000点、ごく普通のWindowsパソコンで計算は1分ちょっとで終わりました。




これが、計算したヘキサクロリドニホニウム(III)酸イオン [Nh^IIICl₆]^3- です。




13a_1g (LUMO+13)
（最低非占有分子軌道(LUMO)の13個上の電子が入っていない分子軌道）




12a_1g(LUMO)
（最低非占有分子軌道(LUMO)）




9e_g(HOMO)
（最高占有分子軌道(HOMO)）




8e_g(HOMO-7)
（最高占有分子軌道(HOMO)の７つ下の電子が入っている分子軌道）




静電ポテンシャルマップ
（赤いところが電子が多いところ、青いところが電子が少ないところ）


DV-Xα法では、周期表のどの元素であっても、同じ精度で計算ができます。
しかも、計算は驚異的に高速で、ごく普通のWindowsパソコンで、重い元素をいくつも含む計算であっても、それほど計算時間は長くありません。

今回の改定版nonrelをお使いいただければ、原子番号1番の水素(H)原子から、原子番号172番のウンセプトビウム(Usb)原子まで、分子軌道計算に含めることができます。

ただし重い原子の電子状態計算には、本来は相対論効果を考慮することが必要です。

今回のヘキサクロリドニホニウム(III)酸イオン [Nh^IIICl₆]^3- の電子状態計算では、相対論効果を考慮していない計算を行いましたが、DV-Xα法では、相対論効果を考慮した相対論版のプログラムがあります。

いずれ、この相対論版DV-Xαプログラムでも、ニホニウム(Nh)、モスコビウム(Mc)、テネシン(Ts)、オガネソン(Og)などを含んだ分子・クラスターの電子状態計算ができるようになる予定です。

参照：DV-Xα研究協会のホームページ

読めるか読めないか元素名

先生：「はい、これは？」

患者：「金（きん）」

先生：「これは？」

患者「錫（スズ）」

先生：「これは？」

患者：「う〜ん、Hfって何でしたっけ？」

先生：「はい、0.4 ですね。」

視力だけでなく、元素名（漢字）の読み方や、元素記号から元素名が言える必要もある、元素マニア向けの元素検査表です。



Amazing World of Elements by Kojundo Chemical Lab.

覗くと見える周期表〜周期表スコープ〜

長さ 3 cm 程度の小さな青い直方体、キーホルダーになっています。



四角柱の片面は、レンズがはめ込まれています。



反対側の面は、十字形の溝のある「明かり取り」です。

四角柱の「明かり取り」を蛍光灯など明るい方向に向けて、レンズに片目をあてて覗いてみると・・・



なんと、周期表が見えます！



いつでもどこでも、周期表での元素の位置が気になった時、覗くと見える周期表キーホルダーです。

最大の芳香環の電子状態計算

有機化学美術館・分館の記事「最大の芳香環」を拝読してドデカフィリン分子に興味を持ち、その電子状態をDV-Xα分子軌道法計算支援環境で計算、リリースされたばかりの最新版 VESTA Ver. 3.3.0 で三次元可視化してみました。

Takanori Soya, Woojae Kim, Dongho Kim, Atsuhiro Osuka, "Stable [48]-, [50]-, and [52]Dodecaphyrins(1.1.0.1.1.0.1.1.0.1.1.0):The Largest Huckel Aromatic Molecules", Chemistry A European Journal, Volume 21, Issue 23, pages 8341-8346, June 1, 2015.

原子座標(CIF)は、Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC) から取り寄せました。

C₁₀₄H₃₀F₄₀N₁₂

原子数：186
原子軌道数：498
総電子数：1098
サンプル点：240000


DV-Xα計算は130サイクルで完全に収束しました。
パソコンは、ごく普通のWindowsノートパソコンです。


549番目の分子軌道がHOMO（最高被占軌道, Highest Occupied Molecular Orbital）です。


550番目の分子軌道がLUMO（最低空軌道, Lowest Unoccupied Molecular Orbital）です。


静電ポテンシャルマップ（電子密度の等値表面に静電ポテンシャルの大小で彩色した図）
（赤いところが電子が多いところ、青いところが電子が少ないところ）

Supporting Information の Figure S15 と、計算結果はほぼ同様になりました。

化学物質の数が一億種類を突破！

化学物質（有機物質および無機物質）の数が、ついに一億種類を突破しました。

化学物質の数は、アメリカ化学会の1部門、ケミカルアブストラクトサービス(Chemical Abstracts Service, a division of the American Chemical Society、通称ケミアブ)で整理整頓されています。

ケミアブは、世の中で発表される化学関係のほとんどすべての文献（論文、特許など）の情報（著者名、論文題名、雑誌名、巻、号、ページ、年、論文の要旨など）を集めて、データベースに登録しています。

同時に、文献に出てくる化合物（化学物質）のすべての化合物番号（レジストリーナンバー）を割り当てて、人類が知り得た（研究した）化合物（化学物質）のすべてを登録しています。

その化学物質（有機化合物および無機化合物）の登録数が、ついに1億種類を超えたのです。

参照：無機物質・有機物質の現在の数

また、この約１億種類とは別に、バイオシーケンスにも化合物番号を割り当てて、数を数えています。



バイオシーケンスとは、タンパク質のアミノ酸配列や、遺伝子の塩基配列などの情報です。

これが現在、約6621万種類あります。

参照：バイオシーケンスの現在の数

私たちが生きる世界は物質の世界、そのほとんどは混合物です。

一方、化学者は、１つの化学式で書き表せる純物質を研究対象としています。

人類は有機物質および無機物質を約1億種類、バイオシーケンスを約6621万種類、調べ終わったことになります。

元素はたった90種類ぐらいしかないのに、その組み合わせで、こんなにも多種多様な化学物質の世界を築けるとは！

その驚きと感動が、化学は一度やったらやめられない、その理由の１つだと思っています。

（周期表ネクタイシリーズ）赤い周期表ネクタイ

前に青い周期表ネクタイを紹介いたしましたが、本日は赤い周期表ネクタイを紹介いたします。



ビスマス(₈₃Bi), ポロニウム(₈₄Po), イットリウム(₃₉Y), ジルコニウム(₄₀Zr), ランタン(₅₇La), ハフニウム(₇₂Hf), 水銀(₈₀Hg), 鉛(₈₂Pb), ストロンチウム(₃₈Sr), バリウム(₅₆Ba), ボーリウム(₁₀₇Bh), 硫黄(₁₆S)などがネクタイ柄表面に現れています。



ネクタイ全景を眺めると、もっといろいろな元素が現れています。



鉛が一番下にあり、おもりになってネクタイがビシッと真っ直ぐになります。



いや、一番下は、原子番号３８の「３８」が見えています。

原子番号３８ということは、ストロンチウムですね。

ストロンチウムだけに炎色反応は真っ赤で、このネクタイは赤いのかもしれません。



原子量も掲載されていますので、必要なときにすぐに参照できます。



水銀(Hg)は環境・生物に負荷を与える元素として、教育現場（実験）からはすっかり姿を消しました。



原子番号2014のS-A？

このネクタイの製造メーカー（シグマアルドリッチ社）です。

原子番号は172まではあり得ますが、173を超える元素はあり得ないという理論的な考察があります。
中山康之, 伊藤真, "真空は崩壊するか", 日本物理学会誌, 第38巻, 10号, 787-793ページ, 1983年10月5日.

DV-Xα分子軌道法では、現在原子番号172番のウンセプトビウム(₁₇₂Usb)まで取り扱うことができます。
坂根弦太, "教育用分子軌道計算システムeduDVの開発(5)", 岡山理科大学情報処理センター研究報告, 第35号, 1-32ページ, 2014年3月.

上の論文では、六臭化シーボーギウム(SgBr₆)の電子状態がDV-Xα法により計算されています（今回の計算では相対論効果は含まれていません）。