物質はミクロではスカスカなのに何故崩壊しない？

例えば鉄の棒で考えますが、物質を構成している原子レベルのミクロなスケールでみれば、内部はスカスカでもともと連続的につながってはいませんが、スカスカなのに崩壊せずに鉄の棒の形を維持できているのはどういう力によりますか？
また、鉄の棒を極めて正確に断面が平面になるように切断したとします。
これをどれほど正確に元通りくっつけても元には戻りませんか？戻らないとすれば、何故ですか？

No.1 回答者： Saturn5 回答日時： 2014/02/16 23:33

一言でいてしまうとクーロン力が理由です。

クーロン力とは＋電気と－電気にはたらく静電気の引力です。

鉄原子には自由電子があり、それらは－電気を持っていて、
＋電気を持っている鉄の原子核の間を動き回っています。
ですから、鉄の原子核の間にスキマがあっても鉄は物体として
形を保つことが可能になっています。

＞これをどれほど正確に元通りくっつけても元には戻りませんか？
温度にも影響されるでしょうが、断面に自由電子の往来が戻れば
元通りになるでしょう。
しかし、実際は切断時には必ず変形しますし、断面が酸化されたりします。

完全な真空中で、変形させずに切断できれば元通りになるでしょう。

この回答へのお礼

ありがとうございます。クーロン力によって、物体は形を保っているということですね。自由電子というのは、確か金属において電気伝導を担うものと記憶しているのですが、金属以外の絶縁体でも物体が形を保持しているのは自由電子の働きによるものなのでしょうか？

お礼日時：2014/02/17 18:29

No.2 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2014/02/17 17:30

　クーロン力--電磁気力--では説明できない不思議な話です。

原子は原子核と電子で成り立っていますが、中心の＋の電荷を持つ原子核とその周囲に存在する負電荷をもつ電子の間には大きな空間が広がっています。さらに原子核を構成する陽子は＋の電荷を持つものが狭い空間に寄り集まっています。
　また、たとえ電子が周囲を周回(円運動と言う加速度運度)をしているのに電場波を出して---エネルギーを失って--原子核に落ち込まないのも電磁気学に反します。

　これを理解するには量子力学を理解しないとなりません。電子のように一定のエネルギーを持つ粒子は、位置とエネルギーを同時に特定することはできません。そのために一定の空間を占有します。いわゆる波動性を示します。詳しい説明は
　水素原子の量子力学( http://rokamoto.sakura.ne.jp/education/quantum/h … )
　にあります。

　そして、ひとつの軌道にはひとつの量子状態の粒子しか存在できない。

・(小さな)原子核が破裂しないのは中間子による物です。

＞また、鉄の棒を極めて正確に断面が平面になるように切断したとします。
　完全な真空ではくっつきます。

この回答へのお礼

ご返答有難うございます。

>クーロン力--電磁気力--では説明できない不思議な話です。
これはNo1の方のご回答とは逆に、物体が形を保持しているのは、クーロン力によるものではないということですか？

>(小さな)原子核が破裂しないのは中間子による物です。
これは原子の形を保持している力（作用？）ということですよね？もっとマクロなスケールで、物体が形を保持しているのも、同じ作用によるのですか？

お礼日時：2014/02/17 18:39

No.3 ベストアンサー 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2014/02/17 19:55

No.2です。

　物質中で最も空間spaceを取っているのは原子核内です。原子核の大きさをソフトボール程度だとすると、数キロメートル先に電子がある。
あなたは
＞物質はミクロではスカスカなのに何故崩壊しない？
　と質問されましたのでそう答えました。

　それが物質が形を構成するときは、ほぼ密着と考えて良いのです。電子の軌道半径まできっちりと考えれば、「スカスカ」はあてはまりません。
　それを結び付けているのはクーロン力ですが、それは引力です。「何故崩壊しない？」ではなく、なぜバラバラにならずに結び付けているかという質問になるはずですよ。

　密着している物がずれるのは、液体の状態です。崩壊している(^^)

　固体を構成する時に、その位置、向きに固定しているのは、電子軌道によって共有結合(電子対)、イオン結合(クーロン力)、金属結合(自由電子)、分子間力(ファンデルワールス力や水素結合など)がありますが、いずれも最終的にはクーロン力です。

　自由電子が関与するのは金属接合だけです。だって他の固体は電気流さないでしょ。