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世界中で需要が高まる強力な磁石

 

 今回は、レアアースと呼ばれる一連の元素郡を取り上げます。


 周期表には、縦方向に見る美しさと横方向に見る美しさがありますが、こちらは後者のパターンです。横方向に見ると均整のとれた周期表の本質が見えてくる元素たちで、レアアースは構成されています。


 近年、レアアースは資源としての価値が急激に高まってきました。これに伴い、レアアースを求める争奪戦が主要国を巻き込み、世界中で勃発しています。新聞の一面の見出しにも、レアアースという言葉が躍るようになりました。


レアアースは、LEDやテレビなどの蛍光体、燃料電池、排気ガスの浄化装置などハイテク製品に使用され始めています。争奪戦が起こる最大の理由は、最新の科学技術で必要とされる強力な磁石をつくるのに不可欠なものだからです。


 たとえば、病院で行う画像検査はこれまではCT(コンピューター断層撮影)が主役でしたが、放射線を使わないMRI(磁気共鳴画像装置)が徐々に増えてきています。MRIは、磁気と電磁波によって体の断面を画像化する装置です。CTは装置が比較的に安価なのですが、何といっても放射線の被爆が最大の短所です。また、一般的なCTは体を輪切りにした縦方向の断面しか得られませんが、MRIなら縦横斜めのいずれの断面も表示できる上に、画像がきめ細かく、小さな腫瘍(しゅよう)も見落とさずにすみます。


 検査を受けた方もいるかもしれませんが、MRIは大きな輪っか状の検査装置です。あの輪っかの内部の正体は、超高性能の強力な磁石です。この磁石をつくるのに、レアアースが不可欠です。ですから、MRIの検査で早期のがんが見つかった方は、知らないうちにレアアースの恩恵を受けています。


 またこの他にも、電気自動車やリニアモーターカーなどにも使われており、強力な磁石の需要は今後もうなぎのぼりに高まっていくでしょう。これに伴い、レアアースの争奪戦も今以上に加熱していくとみられているのです。



 ■参考文献

 

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有機14 【きょうの一問】

8. ナフトールの構造異性体2種類の構造式を示せ。
(1)
(埼玉大)



(答)
(1)1―ナフトール 2―ナフトール

有機13 【きょうの一問】

7. キシレンの位置異性体の数を記せ。(1)
(北海道大)
o(オルト)―キシレン m(メタ)―キシレン p(パラ)―キシレン
位置が異なる(位置異性体)→構造異性体でもある。




(答)
(1)3個

【CIA 新メンバー】9/6~9/23

★CIA新メンバーのみなさんです(^O^)/★

福岡県のやぴーさん♪
「今年受験生です。よろしければ、こちらのサイトを参考にさせていただきたいと思いコミュニティ参加を申込みさせていただきました。よろしくお願いします」
「とてもわかりやすくまとまっていると思います!」




東京都のゆどうふさん♪
「とてもためになりそうです。このサイトを読んで化学の得点を増やしたいと思います。」



大阪府のNASさん♪



北海道のMYPIANOさん♪



東京都のtayuさん♪
「フレームワークはわかりやすい」



東京のpandaさん♪



東京都のdakara1219さん♪
「有機化学の勉強法になやんでいたのでありがたいです」



新潟県のYuさん♪



東京のcokesさん♪



化学県の専門化学さん♪
「面白そうなので、パスが必要なところも見てみたいです。」



ひろしまけんの島居伶奈さん♪



山形県のうさぎ*さん♪
「よろしくお願いします。これからこのサイトをつかって化学頑張りたいと思います」



神奈川県のとろろさん♪
「現在高3の理系です。わかりやすい!」



岡山県のmadさん♪



埼玉県のこっこさん♪
「分かりやすいです。化学を好きになれる気がしました。」



新潟県のきいろさん♪



北海道のシロクマさん♪



神奈川県のぺんたさん♪



長崎県のトマソさん♪



北海道のぬぬぬさん♪
「非常に参考になります。」



秋田県のasispさん♪




他、匿名の方4名です。


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有機12 【きょうの一問】

6. 分子式C3H8Oを持つ化合物は何種類あるか。
(1)
(神奈川大)
(イ) 1  (ロ) 2  (ハ) 3  (ニ) 4  (ホ) 5  (ヘ) 6  (ト) 7
CH3―CH2―CH2   CH3―CH―CH3   CH3―CH2―O―CH3
官能基の位置が異なる(位置異性体)
官能基の種類が異なる(官能基異性体)



(答)
(1)ハ

有機11 【きょうの一問】

5. 分子式C2H6Oの化合物には官能基の異なる2種類の(1)異性体が存在する。
(金沢大)
CH3―O―CH3   CH3―CH2―OH
エーテル結合あり   ヒドロキシ基あり
ジメチルエーテル   エタノール
官能基の種類が異なる。(官能基異性体)



(答)
(1)構造

酸素を運ぶ貴重な金属

 生命は身近にある様々な金属を使いこなしてきましたが、その中でも別格といえるほど重要なのは、です。何といっても、人体は酸素を運搬するために鉄を使っています。全身にある60兆個の細胞はすべて酸素によって生かされているため、鉄は人間にとって生命線である元素といえます。


 血液は、肺から全身へ運び、代謝で生じた二酸化炭素を全身から肺へ送って捨てています。しかし、酸素と二酸化炭素では、運び方がまったく異なります。

 血液で二酸化炭素を運ぶのは実に簡単です。二酸化炭素は水に溶けて炭酸になるので、血液の水分に溶かして運べばいいのです。つまり、勝手に炭酸水になってくれるので、血液は特別なことは何もする必要はなく、ただ水分をグルグルと全身に循環させていればいいというわけです。

 対照的に酸素を運ぶのはひと苦労。二酸化炭素と比べると、水にほんの少ししか溶けないからです。冷水なら、まだそこそこ酸素は溶けることができるのですが、体内温度の37度まで上がると、溶解量はぐっと下がってしまいます。

 ちなみに、南国の海が透明なのはこのためです。熱帯の海は水温が高いので、酸素の量が少ないために、プランクトンも多くは生きられません。だから、海水が透き通って見えるのです。一方、北国の海は水温が低いので、比較的多くの酸素が溶けています。だから、プランクトンが繁殖し、水が濁って見えるのです。その結果、プランクトンを食べる魚も、水温が低いほど豊富に育ちます。巨大なクジラが北極や南極の海に住んでいるのも同じ理由です。


 体内の血液は熱帯の海よりもさらに温度が高いので、人体は酸素をただ水分に溶かして運ぶというわけにはいきません。そこで登場したのが、赤血球の中にあるヘモグロビンです。ヘモグロビンには「ヘム」と呼ばれる赤い色素があり、その心臓部分に鉄がくっついているのがヘモグロビンです。この鉄があるからこそ、酸素を効率よく運ぶことができるのです。

 化合物を使って酸素を運ぶのは、たやすいことではありません。酸素と結合するだけなら、物質は山ほどあります。酸化する物質は、すべて酸素と結合するわけです。ただし、問題は、結合した酸素を細胞に手渡さなければならないということです。酸素と結合したままなら、人の細胞にとっては、何の役にも立ちません。

 肺では酸素とくっつき、全身の細胞に酸素を受け渡す。この働きをするには、どうしてもある程度大きさの金属が必要だったのです。炭素、水素、酸素、窒素といった普通の有機化合物では原子が小さすぎて、酸素とまったくくっつかないか、完全に結合するかのどちらかになってしまいます。


 しかし、これよりはるかに大きな鉄の原子が持つ外側の電子の軌道をうまく利用することで、温度が低い肺では酸素とくっつき、温度が高い全身では酸素を話そうとするという絶妙な性質を設計することができたのです。それがヘモグロビンなのです。

 だから、体内で鉄が不足すると、酸素がうまく運べなくなって貧血を生じてしまいます。とくに女性は、月経により血液が体外に出てしまうので鉄が不足しやすく、多くの方が貧血に悩まされています。


 実は、酸素の運搬という重要な役割を果たす金属は、化学的には必ずしも鉄でなければならなかったというわけではありません。外側の電子の軌道が鉄とよく似た金属、たとえばクロム(Cr)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu) などでも、タンパク質の構造さえ工夫すれば、ヘモグロビンと同じような機能を持つ物質をつくり出すことが、理論的には可能です。

 しかし、こうした多くの候補となる金属から鉄を選んで命を託したのは、存在量が多かったというひと言に尽きます。もし宇宙がコバルトだらけだったら、人体はコバルトで酸素を運んでいた可能性が高いと思います。そうしたら、私たちの血液はコバルトブルーだったのかもしれません。



 ■参考文献

 

濃度の変換【化学勉強法】

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有機10 【きょうの一問】

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有機09 【きょうの一問】

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有機08 【きょうの一問】

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有機07 【きょうの一問】

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構造決定の解き方 【化学勉強法】

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体重60キロの人は、4000ベクレル保有している!?

 

観葉植物 - 素材【クリップアート】 - 彩クリWEBより転載)

 

 アルカリ金属の中で第4周期の元素がカリウムです。カリウムというのはドイツ語なのですが、もともとは植物の灰を意味するアラビア語が語源です。その名の通り、カリウムは植物の灰から見つかりました。小学校の理科の授業で、植物を育てるには肥料として窒素、りんさん、カリが必要だと教わったはずです。このカリがカリウムのことです。


 肥料として与えられたカリウムは植物の細胞に取り込まれ、成長を支えます。だから、植物の細胞内にはカリウムがいっぱいあるわけです。しかし、カリウムもナトリウムと同じように元々は金属ですので、植物の大部分を占める有機化合物とは違って、燃やしてなくなりません。だから、植物の灰にはカリウムが濃縮されているわけです。

 カリウムが不可欠なのは植物に限ったことではなく、動物でも同じです。人間もカリウムななければ、たちどころに絶命してしまいます。それほど大切な元素なので、人体はカリウムを取り込む仕組みを発達させました。性質の似ているセシウムがこの仕組みに紛れ込んで、人体に取り込まれてしまうことは困りものです。


 原発事故以来、放射線に対して誰もが敏感になっていますが、天然のカリウムにも、わずかではありますが、放射能を持つカリウム40が含まれています。人の体内にも、体重1キロあたり2グラムあまりのカリウムが含まれていますが、そのうち1万分の1は放射性のカリウムです。このため、たとえば体重が60キロであれば、人体全体で4000ベクレルの放射能を持ちます。

 また、ほとんどの食品には多かれ少なかれカリウムが含まれており、やはりその1万分の1がカリウム40なので、食品1キロあたり数十から数百あたりの放射能を持つ計算になります。ただし、この程度では健康に影響があるとは考えられないので、ご心配なく。

 一方、豪華な建造物によく利用されている花崗岩(かこうがん)にはカリウムが多く含まれているため、ある程度の放射能を持っています。たとえば、国会議事堂の外壁はすべて花崗岩でできています。このため、外壁のすぐ近くでは0.29マイクロシーベルトと、ホットスポット並に高い線量です。

 ナトリウムと同じようにカリウムも、純粋に単独で存在している場合は銀色に輝く金属のかたまりです。しかし、他のアルカリ金属と同様に外側の軌道に1個だけ単独で電子が回っているため、とても不安定です。このため、カリウムも水と激しく反応してプラス1価のイオンになります。もちろん、人体に存在するカリウムは、すべて安定なプラス1価のイオン状態です。


 このように、ナトリウムとカリウムは、電子の軌道の配置がよく似ているため、性質もきわめてよく似ています。これをわかりやすく表しているのが、周期表の上下に位置しているということなのです。

 もちろん、異なる元素なので、性質はまったく同じだというわけではありません。似ているけど、ちょっとだけ違う……。このナトリウムとカリウムの絶妙の距離感を巧みに利用したのが、動物の進化だったのです。



 ■参考文献

 

有機06【きょうの一問】

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有機05【きょうの一問】

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【CIA 新メンバー】8/30~9/6

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福井県のドン弁さん♪



群馬県のじたじたさん♪
「よろしくお願いします。モルわかりやすいです。」



かめさん♪



石川県のholyさん♪
「文系です(><)」



東京都のロー人さん♪



神奈川県のとっくりさん♪



長野県のけいりたさん♪
「とてもわかりやすです。」



神奈川県のmonmonmonさん♪
「構造決定の問題が大切なのは本当にそのとおりだと思います。参考にさせて下さい。」



神奈川県のますさん♪
「このサイトを参考に受験勉強頑張ります。」



鹿児島県のラブライバー提督さん♪



他、匿名の方2名です。


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センター解法 『酸の強さで遊離がわかる』 【化学勉強法】

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ナトリウムは不安定な金属

 

na

ナトリウム - イラスト周期表より転載)

 

 ナトリウムは原子番号11の元素です。周期表では、グループ1の中の第3周期表に位置します。

 グループ1は、別名アルカリ金属ともいいます。「ナトリウムって金属なの?」と疑問に思った方も少なくないかもしれません。実際、世間ではナトリウムは金属ではないというイメージを持っている方が多いようです。これは、無理もありません。専門の科学者でさえ、昔はナトリウムが金属であることに確信が持てず、論争になったほどです。


 純粋なナトリウムは、金属特有の光沢を持つ銀色のかたまりで、どこから見ても金属のものです。ただし、最も外側の軌道に電子がポツンと1個だけ回っているので、とても不安定です。

 ナトリウムのかたまりは、チャンスがあれば1個の電子を捨て、プラス1価のイオンになろうとします。そうすれば、電子の軌道は過不足なく定員いっぱいの満席状態になるので、とても安定するのです。

 このため、ナトリウムのかたまりは、空気中に放置するだけで、酸素と反応してアッという間にイオンに変化してしまいます。水と接触させるともっと大変です。水と激しく反応して水素を発生させ、爆発を起こすこともあります。これを防ぐため、研究室ではナトリウムを石油の中につけて保存しています

 人の体内では、もちろんナトリウムを石油の中につけておくことなど不可能です。だから、純粋な金属としてのナトリウムは体内には存在しません。人体にあるナトリウムはすべてプラス1価の安定したイオンとして存在しています。


 ナトリウムというと、塩化ナトリウム、つまり食塩が、私たちにとって最も身近な形ですね。実際、海水中には2.9%弱、私たちの血液には0.9%の食塩が溶けています。もちろん、これもプラス1価のイオンという安定した状態です。




 ■参考文献

 

有機04【きょうの一問】

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有機03【きょうの一問】

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有機02【きょうの一問】

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有機01【きょうの一問】

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来てくれた人

プロフィール

大村升次郎

Author:大村升次郎
私立学校の教師。化学勉強法【フレームワーク式】を運営。『効果的な化学の学習を日本全国に広げる』が夢(^^)/モル濃度計算の問題集を近日Amazonで販売します(^O^)
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