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炭素



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炭素  carbon
造語
  • 徳川時代の津山藩医、宇田川家の養子「宇田川榕菴」の造語。


6番目の炭素物質・・・
  • 炭素だけからなる物質は、これまでに
    • @「ダイヤ」と
      A「グラファイト」
      B「アモルファス(非晶質)」
      C「フラーレン(球状炭素分子)」
      D「カーボンナノチューブ(筒状炭素分子)」
      が見つかっている。
  • 東北大学の川添良幸教授と伊藤正ェ博士研究員らは、炭素原子だけで構成する構造の新しい物質が合成できる可能性があると、コンピューター・シミュレーション解析で明らかにした。
    新物質はダイヤに次ぐ第2の三次元構造で電気を通す金属の性質がある。
    科学技術振興機構が進める数学のプロジェクトの成果。
    研究成果は米国物理学会の論文誌「PRL」(電子版)で発表。
    この物質は、10個の炭素原子からなる環が立体的に組み合わさった構造。
    これまで幾何学の分野で予言されていた『K4』と同じ構造。
    スーパーコンピュータを用いる「第一原理計算」と呼ぶ手法で解析。





(炭素原子)
元素記号:C 
  • 1つの原子は
    • 2種類に数値(原子番号Z、質量数A)と
    • 3種類の粒子(陽子、中性子、電子)
    で規定される。

  • @原子番号(Z)・・・
    • 周期表の順番と同じ整数(1,2,3,・・・)
  • A陽子の数と電子の数・・・
    • いずれも原子番号Zと等しい。
  • B陽子と中性子の数を合わせたもの・・・
    • 質量数A(原子の質量にあたる)



炭素原子は126Cとあらわす。
  • 上の数字(12)がA、下の数字(6)がZである。
  • 原子量(原子1個の質量)は126C(質量数12の炭素)を「12」と定義し、これに対する相対値で表す。
  • 原子量は質量数Aに近い値であるが、ピッタリ整数にはならない。なぜなら同位体があるから。126Cのほかに、136C、146Cがあり、原子量はそれらの平均だから。



(炭素化合物)有機化合物
生体分子は4種類(炭素・水素・酸素・窒素)から構成されている。
しかも、炭素をベースとする物質。
  1. (sugar)
    • 糖のモノマーは・・・→単糖
    • 糖のポリマーは・・・→多糖
  2. 脂質(lipid)
    • 脂質は「脂肪」だけではない。
    • 細胞にとって最も重要な脂質は生体膜の成分であるリン脂質である。
  3. タンパク質
    • タンパク質というポリマーはアミノ酸からできている。
    • 細胞の機能を支えている。
  4. 核酸(nucleic acid)
    • 核酸というポリマーはヌクレオチドからできている。



炭素化合物=有機化合物(organic compound)という。
  • 基本単位となるモノマー(単量体)があり、それが鎖状につながってポリマー(重合体)の高分子をつくる。





パルスレーザーで炭素プラズマ


1998年、米ミシガン大学の研究チームは、100フェムト(1フェムト=1/1000兆)秒という極めて短い間隔でパルスを発振するレーザーを使い炭素のプラズマ(電離ガス状態)を作り出すことに成功した。恒星などで核融合反応が起きる仕組みや、物質が電気を通したり通さなかったする性質がなぜ生まれるかを解明する手がかりになるという。

炭素原子にパルスを光を当てると原子核の周囲の電子が瞬間的にはぎ取られ、自由に動き回る状態になった。この電子はエックス線を測定することで物質がどんな状態にあるかを判断できる。


炭素の結合を・・・簡単に分離

2014年、京都大学の村上正浩教授らは、化学物質の中でも強く結びついた2つの炭素原子を、簡単に引き離す手法を開発した。

炭素同士は極めて強く結びつくため、これまで工業合成されてこなかった。

研究チームは「オルトシクロファン」と呼ぶ有機化合物に紫外線を当てたあと、貴金属のロジウムの触媒に作用させると炭素同士の結合が切れ、別の有機化合物に変化することを見つけた。

世界最小の炭素素材
  • 2014年、京都大学の山子茂教授らが開発。
  • ベンゼン環と呼ぶ微少な有機化合物を5個、輪の形につなげた構造で、直径0.7ナノb。
  • 新素材は「シクロパラフェニレン」と呼ぶ分子。


発掘年代の誤差1/10

2012年、名古屋大学と大阪市立大学、英ニューカッスル大学などのチームは、炭素を使い地層や遺跡などの発掘物の年代を高精度に調べる技術を開発した。
福井県の沼から採取した落ち葉の化石に含まれる放射性炭素の量を参考にする。
測定誤差は5万年当たり170年程度と、寒冷地の氷を使う従来手法の1/10以下に抑えられるという。
放射性炭素を使う年代測定法は、考古学などで広く使われている。
木の年輪をデータの補正に使える1万2600年前より古い年代は測定精度が落ちる。
研究チームは福井県の沼底から、微生物の死骸などでできた層を発見。
土を掘削して73b分を採取し、土中の層の数を顕微鏡などで数えたところ、5万2800年まで遡ることができた。
採取した土中には、約800枚の落ち葉の化石が含まれていた。
古い化石ほど放射性炭素の含有量が少ない。
成果は10/19のサイエンスに掲載。



年代測定の基準

2013年、日英などの国際研究チームは福島県の水月湖の湖底に堆積した地層である年縞(ねんこう)が、過去5万年以内に起きた地震や噴火などの年代を決める世界基準の物差しに選ばれたと発表。

世界標準時が英グリニッジ天文台を基準にしているのと同様に、地質学的時間は水月湖が世界標準になる。

水月湖は河川にゃ海水の影響を受けていないので、固定には土やプランクトンが木の年輪のように規則正しく積み重なっている。
  • 成果は科学誌「ラジオカーボン」に掲載。
炭素7連の分子

2017年、東京理科大学の荒本光典プロジェクト研究員らは、炭素原子が鎖状に7個連なった分子を宇宙空間で見つけた。
見つかった分子は炭素7つと水素1つが直線でつながった構造をしている。
炭素が奇数個つながった鎖状分子としては最も長いという。
分子が決まった周波数の電波を出す性質を利用し、米ウェストバージニア州のグリーンバンク電波望遠鏡で、おうし座のガス星雲にある星が盛んに生まれる領域を観測した。




関連情報 多糖類
エネルギー
グルコース
糖質

有機化合物
イオン






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