電子の動きやすさに関してです。

質問

電子の動きやすさと、物質の性質との関係を教えてください。
最近の研究で伝導性の有機物の開発が行われていると知りました。電気が通らないような有機物に様々な工夫をして、電気が通りやすいようにしているんですよね。
では、どういう工夫をすれば電気が通りやすくなる、というようなセオリーってあるのでしょうか。
私は生物系の学生です。高校レベルなら物理、化学も理解できます。

回答No.1

eiectron · ベストアンサー

科学の歴史は一言で電気の歴史です。摩擦電気から始まり、現在９０種類の原子という物質の素材まで分かりました。
　各原子は、中心が原子核と言う名前を付けた粒子の中に＋電気を持っている陽子（プロトン）という粒子があるため＋電気を帯びており、原子核の回りを－電気を帯びた電子が電子雲を描いて包んでいるため、＋と－電気が打ち消しあって外からは、電気を帯びていないように見えている（中和している）と覚えておくと良い、という所まできています。
　地球上では、これら原子が結合分解して、岩石、鉱物、空気、動植物、山、海、川、湖、海藻、野菜、人間を作っています。生命と無生物に分けて話をする様にしています。
　これらの名前は、科学知識と言うよりは、５感によってコミュニケイションのために、歴史的経過に従いそのつど付けてきた名前です。

　これら地球上の物質の素材原子は、＋電気と－電気で出来た電気の粒子ですから、科学的＝物理的＝電気的動きの観点から、もっとハッキリさせ、電気の良導体、半導体、絶縁物の３つに分類して、記憶することにしています。
　私の経験でもこのほうが理解しやすいです。

　次にそれを説明します。
　●電気の良導体は、金属で実感出きる様に、中で電子が原子から飛び出して金属の中を自由に飛び回り、自由電子と名前を付けられ、電圧を加えられると、金属（例えば銅金属）の中を光の速度で流れる電子が流れです（電子電流で玉突き現象の流れといわれる）。
　水道管の中を流れる水をイメージしてください。

　●絶縁物とは、電圧を加えても、電子が自由電子になれないため、電流が流れない物質につけた総称です。
　絶縁物は、原子から電子が千切れないけれども、－電子雲が電圧で引っ張られて、＋電気の原子核の中心からずれて両端に＋とー電気を帯びる事から（専門語で分極するという）性質があるので、別の呼び名を誘電体とも言います。
　これには、電圧を加えても、原子から電子が千切れにくい、水素、炭素、窒素、酸素、で組み立てられている物が入ります。人体や動植物、乾燥した肉体、木材、紙、油、乾燥した空気（主成分は窒素と酸素だからです）、炭素と水素で出来た、ポリエチレン、ビニール類のプラスティック、金属関係では酸化された酸化銅、酸化鉄、・・・、雲母・・・があります。
　凍った水道管の水を想像してください。

　●半導体は、電気の良導体と、絶縁物（誘電体）の電流の流れ方の中間の流れ方をする物質の総称です。
　昔は、ゴムに硫黄を混ぜたエボナイト、不純物を含んだ炭素、の性質だったのですが、セレン、などがありました。
　現在は、磁石の力を持った電子の手を４個持ったシリコンに、磁石の力を持った電子の手を３個持ったインジュウムを少量溶かし込んで、電子の手が１つ多いシリコンの電子の手が余ります、この電子が電圧や摩擦エネルギーで抜け出してはあちこちまり込んで歩く事で、＋電気を帯びた穴が動くＰ型半導体になるし、

　電子の手が４個あるシリコンに、電子の手が５個あるアンチモンを溶かし込むと、４個の手同士で結合してアンチモンの方の電子（－電気）は１個あぶれますので、電圧や摩擦のエネルギーで元気になり、抜け出してチョロチョロ電流になって流れます。★Ｎ型半導体と言います（Ｎはマイナスの意味のＮです。Ｐは、プラスの意味のＰです）。
　スポンジの中でシャーベット状に凍った水をイメージしてください。チョロチョロ流れる水。少量と言う意味のチョロチョロです。

　２０００年１０月、白川教授はプラスティックのポリアセチレンに、電子が千切れ易い金属のヨウ素Ｉを混合して、電流が流れる半導体である、導電性プラスティックを作る方法を発見し、ノーベル賞を受賞しました。この動作はＮ型半導体による電子の電流の筈です。

お礼

大変わかりやすいご説明に感謝します。
具体例まで示してくださり、理解しやすかったです。
ありがとうございました。

回答No.3

d9win

導電体となりうる有機物の条件、導電性が出現するための条件等のセオリーはあります。下手に孫引きするよりも、
白川英樹 著「化学に魅せられて」岩波新書(#709)
を勧めます。分かりやすく包括的に説明されてます。ノーベル賞までのいきさつも興味深いですし、是非とも読まれると良いと思います。視覚神経とかDNAにも関連した話題もありますよ。

お礼

書籍の紹介ありがとうございます。
ぜひ読んでみたいと思います。

回答No.2

kagiyo

＞どういう工夫をすれば電気が通りやすくなる
　有機物は伝導性からすると絶縁体に分類されます。絶縁体といえども電圧を加えれば若干の電流は流れます。ここで絶縁体にエネルギーを与えると、流れる電流は大きくなります。与えられたエネルギーによって、自由に動ける電子の数が多くなるからです。簡単な方法は、温度を上げたり光を当てることです。そもそも絶縁体なので、劇的な変化はしないはずですが。

　>電子の動きやすさと、物質の性質との関係
　そもそも「電子の動き易さ」は、物質の性質を示す最重要パラメータの一つです。それ自体が性質そのものです。

お礼

回答ありがとうございました。
電子の動き易さも物性であるというご指摘は、その通りでした。おかしな質問をしてしまい申し訳ありませんでした。