元素シリーズ③ 《炭素》

コミュ力お化け元素

恒星内部での核融合反応によって生成される
宇宙でも地球でもけっこう豊富に在る
生命を構成する主要元素
他の原子と非常に多様な結合をする能力をもつ
数多の有機化合物の骨格

『炭素』の性質

• 価電子が多い: 価電子とは最外殻にある電子のことで8個で一番安定する。炭素は4個持っていて(↑表の₆C参照)、他の原子と共有結合を4つまで作ることができる。これが、炭素が多様な化合物を形成できる最大の理由。炭素原子同士で長く鎖状に結合したり環状の構造を作ったりする能力も非常に高く、これが有機化合物の多様性を生んでいる。ヘリウム(He)の腕は0本だけど、炭素には腕が４本もあるとイメージしたらいいかも。誰かと結びつくことで安定するタイプの元素。炭素を含む化合物はわかってるものだけでも1,000万種を軽く超える。

• 融点・昇華点が高い: 炭素原子間の結合が強いため非常に融けにくい。高温では液体にならずに一気に気体になる(昇華)ことがある。とくにダイヤモンドは非常に高い融点を持つ。

• 水や溶剤に不溶: 基本的に水や多くの溶剤には溶けない。つまり｢構造｣を作るにはもってこいの物質。

• 同素体が多い: 代表的なものには、ダイヤモンド、グラファイト(黒鉛)、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェンなどがある。

『炭素』の在り処

• 生命: 全ての生物は有機化合物(炭素原子が共有結合で結びついた骨格を持った分子)で構成されている。DNAやタンパク質、炭水化物、脂肪など、生命維持に必要な分子はすべて炭素骨格を持っている。

• 大気: 二酸化炭素（CO₂）

• 化石燃料: 石炭、石油、天然ガスの主成分も炭素化合物。石炭は炭素そのものでできている。木炭も木材を蒸し焼きにして水分を取り除き、炭素を多く残したもの。

• 鉛筆: の芯はグラファイトと粘土を混ぜて作られている。グラファイトの層状構造が紙との摩擦で剥がれ落ちることで文字を書くことができる。因みに、グラファイトの分量が多いほどB(柔らか)くなる。

• 顔料(黒): アモルファス状態(秩序と無秩序の中間の結合)で利用。

• 装飾品: ダイヤモンド💎

• カーボンファイバー: 強度が高く軽量。航空機のボディー、釣り竿、スポーツ用品などの素材に利用されてる。

『炭素』を△的に見ると👀

▶ 炭素は、その多様な結合能力によって、複雑な「階層構造」や「回路」を形成する上で非常に重要。｢炭素なくして△なし｣とさえ言える。
▶ 水に溶けにくい性質も｢内と外をつくる｣のに丁度よい。
▶ 生命という超複雑な△が存在するのは、炭素原子のこの性質のおかげ。
▶ ｢自己複製子｣である遺伝子も、炭素骨格を中心とした分子構造。
▶ 他者と繋ぐ腕が2本以上あると構造が生まれやすいことの代表みたいなやつ。
▶ 同じ元素でありながら全く異なる性質を持つ同素体の存在は、△が構造の仕方によって新しい機能を発揮する可能性を示唆していて、これは人間社会△にも当てはまる。