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マイナスイオンの秘密

マイナスイオンの科学

 菅原 明子

「ナノテク」としてのマイナスイオン
● マイナスイオンが電子と水のクラスターの固まりのイオンであるという仮説から、電子の重さや水素の重さも考慮したナノテクノロジーとして考えてみましょう。一番簡単な構造の水素原子の場合で約1.67×10―24グラムです。これを数字で表すと、0.00000000000000000000000167グラムということになり、ゼロが24コつながります。
このように、ものをどこまでも分けていくと、最初にたどり着く分子でさえ、こんなに小さき世界であることが理解できます。
ところが電子1コの重さはさらに小さくて、重さは約9.11×10-34グラムと水素よりも10億分の1の大きさになってしまいます。水素原子の構造は高校の理科の教科書に載っているとおり、真ん中にプラス電子の陽子1コとその外側にマイナスの電気である電子が回っているとされています。ちなみに電子1コのもつ電気の量は1.602×10-19クローンとされています。
ところでイオンの質量と電荷量の比と、トムソンが発見した電子質量と電荷量を比較して、両方の電荷量が同じだと仮定した場合、イオンは電子の2千倍以上もの質量になると計算されます。
つまり、電子はこれらイオン化した分子や原子と、全く違う粒子なのです。同じマイナスイオンの電気を帯びていても電子は水のついたマイナスイオンと呼ばれるものの何百億分の1ぐらいなのです。ところで、空気中には酸素や窒素な
ど様々なものがあり、マイナスイオン発生機に電圧をかけ、静電気として飛び出された電子が、水だけとぶつかってマイナスイオンプラスイオンにする以外に酸素や窒素とむすびついたマイナスイオンも多いはず。そのほうが多いはずだと考える方もいらっしゃるでしょう。空気は普段電子の邪魔をするために、通常は電気を通さない不導体となっていますそのため電子のついた酸素はマイナスイオンどころか一重項酸素という非常に強烈な活性酸素になるのですが、酸素は安定しています。ところが、強い電圧を加える事によって電子を気体分子に激しくぶつけてやると、気体の電子が外に飛び出す電離現象が起こり、そしてこの電離現象を放電といいますこのような放電は我々の身の回りでもみることが出来ます。たとえば服を脱ぐときにパチッとなる静電気や雷の稲妻が放電であり、放電を人工的に連続発生させて利用しているものに、蛍光灯やネオンサインなどがあります。
放電現象については、液体や気体も状況によっては電気が流れると言うことですね水素の場合は電気の量が同じ1コの陽子と1コの電子が電気の力で引っ張り合いながら、電子は原子核の周りを回っているので、お互いに電気を消しあう事によって電気的に中性な状態になっているのです。
モノをこするとは、この電気的に中性な状態を壊すことを意味します。またこすることによって起きる電気を静電気とか摩擦伝区と呼びます。2つのものをこすりあわせ、摩擦すると陽子と電子の釣り合いがうまくとれなくなり、電子がものから飛び出してしまうのです。
この電子が飛び出してしまう現象こそ静電気の正体です。飛び出た電子は、別のものに移動します。つまり電子が飛び出ていってしまったものは、マイナスの電気(つまり電気)が減ったことになりプラスになり、反対に電子が移動してきたものはマイナスの電気が増えたことになるのでマイナスに帯電するとも言います。では空気中の水クラスターではどうなるのでしょう。最初は水のクラスターの中の陽子、電子の数が同数でイオン化していない水クラスターが、何かの拍子に電気的に中性状態が壊れ、水分子のかたまりから電子が飛び出すとどうなるでしょう。水分子の固まりは何かの刺激で電子が1コ減ると、陽子の数の方が1コ多く残った状態になります。陽子はプラスの電気を持ったものだったから、陽子の数の方が多い水クラスターはプラス電気状態です。
他の中性の水はマイナスの電気を持つ電子を1コもらったことで、電子の数の方が多い状態になり、つまりマイナスイオンの水になったと言えます。こうして水に電圧がかかったり、特定の電磁波がきたり、イオン発生機の静電気の電子がぶつかったりすれば、一方がプラスの電気をもち、もう一方がマイナスの電気を持つ水のイオンになるのです。
この電気を持つことを、電気を帯びると言うことから帯電といいます。また、プラスに帯電したものとマイナスに帯電したものは引き合い、プラス同士、マイナス同士に帯電したものはしりぞけ合う性質を持つようにもなります。
酸素分子は電子をつけたり電子をとられたりしないので、酸素に電子がついたマイナスイオンは存在しないのです。
窒素分子も同じく安定しているので、電子の玉突きをさてれも安定していて電子をつけたりとられたりしません。
マイナスイオン発生装置は、装置の中に高い電圧をかけ、チタンバリなどで外に静電気の電子をとばすように作ってあります。酸素は電子をとられてオゾンに変わっているので単純な機械だと発生期の近くでオゾンが発生します。最近の日本のマイナスイオン発生器ではプラス電気やオゾンは分解したりアースしたりして外に出さないように工夫がされています。しかし発生機から飛び出した電子は先ほどのパワーはないので、空気中の酸素から電子を飛び出させたり別の酸素に電子がついたりはしません。空気中の水分を壊しながらマイナスイオンの小イオンの水とプラスイオンの水とを作っていくのです。プラスの水のイオンとマイナスの水イオンは最初同数出て、あるものは互いに引き合って中性になりイオンは消えます。しかしマイナスイオンはより一層小さなイオンとして空気中に滞在しやすく部屋全体にマイナスイオンが増え始めるとマイナスイオン同士は互いに、クローン力でしりぞけあう性格から互いに等間隔で室内に存在するようになり、部屋全体が均質にマイナスイオン化されるのです。従ってプラスイオンは床と壁を中心に存在するようになるのです。

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