はじめよう固体の科学

電池、磁石、半導体など固体にまつわる話をします

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原子

オクテット則:原子が大人しくなるためのルールとその歴史

原子が最外殻に8つ未満の電子を持つ状態は不安定であり、電子が8つになるように原子同士が電子を共有、あるいは電子を授受することでこの「オクテット」に近づこうとします.

【Ne・元素#10】ネオンの科学と産業を見ていく

元素は実験室だけでなく、社会や産業の現場で日々使われています.本記事ではネオンの基礎的な性質から、製造・輸送、用途、そして市場の動向までを一望します.研究室時代に実際に元素を扱った際の感想つき. 原子番号10番、ネオン(Ne, Neon) 主な製法 輸…

硫黄の同素体:硫黄8つで作る分子が主役

硫黄は多様な結合様式を取り得る元素で、同じ「硫黄」であっても原子の配列や結合の仕方が大きく異なる複数の同素体(allotrope)を持ちます.

【F・元素#9】フッ素の科学と産業を見ていく

フッ素は極めて強い酸化力と求電子性を持ち、C–F結合は安定であり電気絶縁性・耐薬品性・低摩擦係数などの特徴的な性質を与えることから、半導体・フルオロポリマー・冷媒・電池材料など先端産業で主に使用されます.

【O・元素#8】 酸素の科学と産業を見ていく

酸素(O、原子番号8)は地球上で最も豊富に存在する元素の一つです.常温常圧では二原子分子(O₂)の形をとる気体で、空気中の約21%を占めます.

【C・元素#6】炭素の科学と産業を見ていく

地球上の有機物の骨格をなす一方で、産業界では「カーボンブラック」「活性炭」「黒鉛」「炭素繊維」「工業用ダイヤモンド」といった形態で利用されています.分野ごとにまったく異なる市場を形成しており、タイヤから半導体、航空宇宙まで裾野が広がってい…

リンの同素体:自然発火物から難燃剤まで

外殻に5つの価電子を持つために多様な共有結合様式を取ることのできるリンは、単体の中でも原子の配列や結合様式の異なる複数の姿があります.すなわち、リンには同素体(allotrope)が複数存在します.

【B・元素#5] ホウ素の科学と産業を見ていく

ホウ素(B、原子番号5)は金属とも非金属とも異なる「準金属(メタロイド)」の一種です.

【Be・元素#4] ベリリウムの科学と産業を見ていく

ベリリウムは、軽いにもかかわらず剛性と弾性率が高く、熱伝導性にも優れるという無二の性質を持ちます.

【Li・元素#3】 リチウムの科学と産業を見ていく

リチウムは最も軽い金属元素の一つで、電気化学的なエネルギーが大きいため電池材料としての利用が主です.

【He・元素#2】 ヘリウムの科学と産業を見ていく

ヘリウムは常温で無色、無臭、無味、無毒な気体です.希ガスに属し、不燃性で化学的な反応性に乏しく安定という特徴があります.

実験材料にも影響?アンチモン価格が急騰中

長い間横ばいに推移していたアンチモン価格が、ここに来て爆発的に上昇しています.5年で8倍、1年で4倍という破格の急騰で、高止まりする気配もなくロケット噴射の様相は続いています.

【H・元素#1】 水素の科学と産業を見ていく

水素は宇宙で最も軽い元素で、常温常圧では無色・無臭の気体です.CO₂を排出することなく多量のエネルギーを取り出せるので、次世代エネルギー源として非常に注目されています.

窒素とその新しい同素体

化学的に安定な窒素同素体の合成に関する報告がNature 誌に掲載されました.これまでの常識を覆した窒素同素体はどのような姿をしているのでしょう.

単一金属触媒(Single-Atom Catalysts):たどりついた最小の触媒

固体触媒の表面積を大きくするほど活性は向上します.理想的には、原子が一つ一つ裸の状態でいてくれれば、あらゆる方向に表面が露出しており、全ての方向を触媒として用いることが可能になります.

混成軌道:その概念への批判と反論

混成軌道の概念は大学化学の初等過程で導入され、化学の学術領域で当たり前のように使われます.しかし、その存在を全ての化学者が受け入れてきたわけではありません.

液体の金属元素としてのガリウム

ガリウムは、毒性が少なく、反応性も激しくなく安全に使用することができる唯一の液体金属元素です.

ランタノイドとアクチノイド:周期表を支える”レアアース”

周期表の最下部に佇む謎の元素たち.ランタノイドとアクチノイドと書かれてはいますが、それ以上の説明はなく、そのまま化学の授業は終わります.従来の化学教育では見過ごされがちですが、これらの元素には他の元素に負けないくらい有用で興味深い性質を示…

アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン:周期表の族の様々な呼び名

「アルカリ金属」「アルカリ土類金属」「ハロゲン」など、特定の族を示す呼び名は多くあり、同一の族に属する元素群はいずれも似たような性質を示します.

ランタノイド収縮:その影響はランタノイドを超えて現れる

ランタノイド収縮とはランタノイドを小さくするだけでなく、ランタノイドに続く元素の原子半径まで縮めてしまうほどの強い影響力を持ちます.

遮蔽効果とスレーターの規則:電子が互いに影響を及ぼすとき

ある電子に働く原子核からのクーロン力が他の電子の存在によって弱められている状態を、遮蔽効果が働いていると表現します.遮蔽効果は、電子が複数あることによって起こる現象で、原子や分子の基礎物性や反応性の違いを非常にうまく説明することが可能です.

孤立電子対(非共有電子対):直接結合しなくても、物質を変える

孤立電子対(非共有電子対)は、目には見えませんが分子の形状や水素結合の形成を通じてその存在をアピールしてきます.孤立電子対の役割は構造を歪ませるだけではなく、様々な物性に顔を出します.

イオン化エネルギーと電子親和力:そもそもどうやって測定するの?

イオン化エネルギーと電子親和力はは決して教科書の中だけの存在ではなく、物質の性質を予想するなど実用的な面を持った極めて基礎的なパラメータです.

電気陰性度:原子が電子を引っ張る力

「電気陰性度」は原子が電子を引き付ける強さの指標です.電気陰性度を比較することにより、物質の結合性や性質を予測することが可能です.電気陰性度はPaulingによって導入され、その後様々な定義のものが導入されています.