ジャパネット たかた 炭素
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炭素でおなじみのジャパネットたかた
[ 40] 炭素とは！ 炭素 - Wikipedia
【参考サイトURL】 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%82%AD%E7%B4%A0
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炭素（たんそ、Carbon）は原子番号 6 の元素。元素記号は C。 非金属元素。単体・化合物両方において極めて多様な形状をとることができ、1000万種を超える化合物が知られている。
有機物として全ての生物の構成材料となる。人体の乾燥重量の2/3は炭素である。これは蛋白質、脂質、炭水化物に含まれる原子の過半数が炭素であることによる。光合成や呼吸など生命活動全般で重要な役割を担う。また、石油・石炭・天然ガスなどのエネルギー・原料として、あるいは二酸化炭素やメタンによる地球温暖化問題など、人間の活動と密接に関わる元素である。
炭素の名はラテン語の carbo（木炭の意）からきており、有機物を不完全燃焼すれば簡単に取り出せるため、有史以前から知られていた。ダイヤモンドも稀少で硬い石として知られていた。ヨーロッパでダイヤモンドが装飾品として使用されたのはカッティング技法が開発された中世以降である。20世紀後半以降はフラーレンをはじめとする多彩な形状の炭素が発見されている。
炭素原子の生成にはヘリウムの原子核であるアルファ粒子の3重衝突が必要となる。これには約1億度の熱が必要となるが、ビッグバンでは宇宙がはじめに大きく膨張してすぐに急速に冷え、炭素は生成されなかったと考えられている。そのかわり現在でも巨星内でのトリプルアルファ反応によってヘリウムから炭素が生成されている。こうして作られた炭素は、重い主系列星の内部で水素がヘリウムになるCNOサイクルを媒介し、星のエネルギー放射に一役買っている。
炭素は太陽や恒星、彗星のなかにも豊富に存在し、様々な惑星の大気にも含まれている。まれに隕石の中から微細なダイヤモンドが見つかることがありこれは太陽系が原始惑星系円盤だった頃、またはそれ以前に超新星爆発時に生成された物と考えられている。
地球上では、化合物として大気・海・地中に広く存在する。約9割が地殻中に存在し、なかでも還元された形、すなわち炭素粒・石油・石炭・天然ガスが3/4以上を占める。1/4が炭酸塩の岩石（石灰岩、苦灰岩、結晶質石灰岩など）である。地殻についで海洋に溶け込んだ炭酸が多い。3番目は陸棲生物の構成要素として、ついで大気圏の二酸化炭素、海棲生物である。炭素は地球上で多様な状態を示している。炭素は地殻、海洋、生物圏、大気圏を循環しており、年間の移動量は約2000億トンと見積もられている。
また単体としては、黒鉛がアメリカのニューヨーク州、テキサス州、ロシア、メキシコ、グリーンランド、インドなどに豊富に存在する。一方、天然ダイヤモンドは「首」「パイプ」などと呼ばれる円筒形の鉱脈（貫入岩体）、川砂などから見つかる。主にアフリカ大陸の南アフリカ、ナミビア、ボツワナ、コンゴ共和国、シエラレオネなどで採掘されている。アフリカ以外ではカナダ、ロシアの北極圏内、ブラジルやオーストラリアの北部や西部で採掘が行われている。
14Cは半減期 5715 年の放射性同位体である。成層圏において大気中の窒素と宇宙線（中性子）により常時生成されている。考古学や標本の分野で放射性炭素年代測定法に使用されているほか、生物学や医学の分野でも炭素14をマーカーにした多くの分析法が開発された。光合成の初期研究には当時のアメリカ原子力委員会から供給された炭素14が用いられている。ただし放射性物質である炭素14は取り扱いが難しいため、現在では放射能を持たない同位体元素である炭素13を用いた分析法も開発されている。
炭素は4本の共有結合をとることができ、結合の状態によって数種類の同素体を形成する。炭素同士がsp2混成軌道を形成し、正六角形の平面構造をとるとグラファイトになる。また、sp3混成軌道を形成して3次元的な結晶構造をとるとダイヤモンドとなる。同じ炭素の同素体であるが、前者は電気伝導性が高く軟らかい、後者は絶縁体で硬いなど、全く異なる性質を示す。不完全燃焼によって生じる炭などは、これら2つの構造が混在したアモルファス状態であることが多い。これらの状態は温度や圧力によって変化する。ダイヤモンドが炭素の同素体であることを示したのはラヴォアジエである。実験内容は、密閉容器に納めたダイヤモンドを虫眼鏡により燃焼させると二酸化炭素だけが生成するというものである。
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