渡辺 正, 北條 博彦 (2008) 高校で教わりたかった化学

  • 渡辺 正, 北條 博彦, 2008: 高校で教わりたかった化学。日本評論社, 223 pp. ISBN 978-4-535-60300-0.

渡辺正氏という、地球温暖化に関して乱暴な議論をする人がいる。2005年の「これからの環境論[読書ノート]、2008年、伊藤公紀氏と共著の「地球温暖化のウソとワナ[読書ノート]に続いて、2010年になって、雑誌「化学」( http://www.kagakudojin.co.jp/kagaku/ )の3月号と5月号にのった「時評」で、また地球温暖化の見通しはあやしいと論じている。それに対する反論は、別のブログ「気候変動・千夜一話」に書いたが、それを機会に、温暖化の見通しの根拠をしっかり説明する必要を感じた。

地球温暖化の認識は、温度が上がっているという事実からではなく、理論から始まったのだ。理論の基礎は、まずエネルギー保存の法則だ。そして、大気中の分子が光や赤外線を吸収したり射出したりすることだ。この分野については幸い最近よい教科書(浅野, 2010)が出た。そのさらに基礎となるのは量子力学だが、教育課程で言うと、物理学科の量子力学よりも化学科の量子化学で扱われることが多い内容だ。

そこまでは知っているのだが、わたしの量子化学の知識は、1970年代の高校生のころ、新書本(講談社ブルーバックスだったと思うが詳しく覚えていない)と学習参考書(教科書の範囲にこだわらずに書かれたもの)で読んだものから進歩していない。大学の教養課程の化学でも何か習ったはずなのだが忘れている。勉強しなおす必要がある。

それで、本屋に行って、化学の棚を見まわすと、初歩の化学の入門書で量子化学の考えかたを重視したものがある。おもしろいと思って著者名を見ると、かの渡辺正氏ではないか。

量子化学の計算と第5章(メタン、水、二酸化炭素などの分子の形の話)を担当している北條博彦氏の寄与も重要だと思うが、大部分の本文を書いている渡辺氏の姿勢も、熱心な教育者のものだと感じられる。(わたしには中身が正しいかどうか判断できる見識がないのだが。) これと温暖化問題を論じるときとでは、ジキルとハイドの差がある。

本書でも、もの言いが多少乱暴なところはあるが、「マイナスイオン発生器」や「酸性食品・アルカリ食品」に科学的根拠がない(後者はわたしには背景知識がないので「たぶん」だが)ことを批判するときには強いことばを使うのもよいだろう。

[注(2012-01-15): ここで「『マイナスイオン発生器』に科学的根拠がない」と書いた趣旨は、負に帯電した粒子が発生しないということでは必ずしもなく、なんらかの粒子が発生してもそれに健康上のメリットがあると認める根拠がないことを含む。]

また、日本の学校教育(高校まで)にだけ使われ大学や専門家の化学につながらない概念や用語に対する否定的論調も、正論だと思う。

著者は「世界標準」を追求する。(英語圏偏重ではない。たとえばpHはペーハーでよいと言っている。) 欧米の化学教育が日本よりもすぐれているとは必ずしも言えないと思うが、「化学オリンピック」に出てくる生徒が受けた教育は、大学の化学との共通性が高いものにちがいなく、著者がそういう教育がよいと考えていることはわかる。

本書の重要な観点は、分子やイオンの状態のエネルギー準位だ。そして、エネルギーを変える主要な要因は、電気力だ。電荷間の引力だけ考えればよい現象もあるが、電子の確率分布(電子雲)によって説明しなければならない現象もある。そこで本書は、早い段階で量子化学の概念を持ち出す。高みから見渡そうという、算数教育に関する遠山啓氏の「水道方式」と似た発想だ。(鶴亀算は方程式で考えたほうがよいというたとえ話もしているので、実際に水道方式の影響を受けているのかもしれない。) とは言っても、量子力学を詳しく説明するわけにはいかないので、量子化学でわかったことを知識として教えることになる。それでも、一見無関係な知見の関連がわかり、暗記することを減らせる効果はあるだろう。

量子化学にこだわっているわけではなく、気体の状態方程式のところでは古典力学の分子運動論によっている。

化学反応の向きを、エンタルピー項とエントロピー項(=エントロピー×温度)からなるギブスエネルギーの差で説明し、「標準生成ギブスエネルギー」の表を参照することを教える。化学反応速度に関して「活性化エネルギー」と「ボルツマン因子」、化学平衡に関して「活量」という概念を強調する。わたしの学生時代の勉強では、このあたりのさまざまな用語の意義がわからなかった。アクセントのつけかたにはいろいろな流儀があると思うが、ひとまず、この先達の流儀にならってみるのもよさそうだ。

電池や電解(著者は「電気分解」という用語は不適切だという)についても勉強になった。

本書には、電子の軌道間移動に伴う可視光の吸収・射出の話題はある(渡辺氏は光合成プロセスの研究者なので当然だろう)が、分子の振動・回転に伴う赤外線の吸収・射出の話題は出てこない。したがって、幸か不幸か地球温暖化の問題とはからまない。

環境問題にからむのは、酸性雨の件(142ページ)だ。書いてあること自体は正しいと思われるが、著者がほかの本で環境問題を極力軽視(楽観)しようとする姿勢を示していることを知っていると、ここにもその影が感じられる。

日本の雨のpHの1983年から2002年までの観測値に大きな変化がないことは事実なのだろう。(示されたグラフは1988年から1997年までだけだが、それは観測地点群の継続性のつごうかもしれない。都市部よりも非都市部のほうが酸性が強いという結果が得られているが、これは必ずしも都市が酸性を弱めるという因果関係ではないだろう。) (日本で)雨のpHを測定することは、化学の手法で身近な環境を知る経験ではあるが、言われてみれば、環境問題の理解に役にたつ経験にはあまりなりそうもない。

しかし、酸性雨のことを教えるのは勉学時間の浪費だとまで言うのはいかがなものか。確かに1980年代以後の日本では深刻な問題でなくなったと言えるが、世界標準をめざす化学は、工業化途上国の汚染問題も視野に入れるべきではないのか。
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同じ著者の組み合わせで、「物理111講」という本も出ている。化学の専門に進んだ人が物理の基礎知識を補うための本だが、物理学科の科目を受講しているわたしにとっては、むしろ化学分野の教材だ。たくさんの知識をつめこんだ「虎の巻」であり、高校の学習参考書に多いスタイルだ。考えかた中心の高校で教わりたかった化学とはだいぶおもむきが違う。(最初の1-1節「モル」の話が本書6章とほぼ同じであるなど、重なりもあるが。)

内容のよしあしの評価はわたしにはできないが、大部分はよいだろうと推測している。ただし、「2-6 同位体効果」の「同位体比が語る昔の気温」で「気温が低いほど水蒸気の凝縮・降雪サイクルは速く回る」はおかしい。気温が低いほど雪の同位体組成が軽い傾向はあるが、その説明はもう少し複雑だ。植村(2007)参照。
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田口(2009)は、本書と同じシリーズだが、執筆態度はだいぶ違い、科学的考えかたに親しむための読み物として書かれている。本書でもむずかしいと感じた人は、先に田口(2009)の本を読むとよいかもしれない。
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文献

  • 浅野 正二, 2010: 大気放射学の基礎。 朝倉書店, 267 pp. ISBN 978-4-254-16122-9. [読書ノート]
  • 田口 善弘, 2009: 高校で教わりたかった物理。 日本評論社, 159 pp. ISBN 978-4-535-60032-4.
  • 植村 立, 2007: 水の安定同位体比による古気温推定の研究。第四紀研究 (日本第四紀学会 http://wwwsoc.nii.ac.jp/qr/ http://quaternary.jp), 46, 147 – 167.
  • 渡辺 正, 北條 博彦, 2007: 化学・バイオがわかる 物理111講。 オーム社, 255 pp. ISBN 978-4-274-20383-1.

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