◆原子番号6番:炭素の密度・比重・同位体一覧表(目次)

◆炭素の化学記号一覧表(007)

 炭素元素の密度や比重、融点や電子配置・同位体・主な用途をまとめた炭素の化学記号一覧表を以下にまとめておる。
 「炭素」は、地球上のあらゆる化合物の基本元素とも呼ばれるほど豊富な用途をもつ元素。
 化学の基本元素ともなるため炭素は要チェック項目じゃ。

【炭素の化学記号表】
発見者 不明
発見された年代
元素記号 C
原子番号 6
英語表記 carbon
分類 無色結晶・非金属
原子量 12.0107
密度(kg/m³) 3510(ダイヤモンド)
比重 1.8~3.5
融点(℃) 3550℃
沸点(℃) 4800℃
同位体 ¹²C(98.9%)/¹³C(1.1%)/¹⁴C(β×5.730×10³年)
電子配置 2s²2p¹
ヤング率 1050GPa
硬度 10
主な用途 ダイヤモンド(宝石)
研磨剤(ダイヤモンド)
カーボンナノチューブ
鉛筆の芯
脱臭剤
炭素繊維
電池の電極

 炭素を母体とする炭素化合物は2000万種類にも及ぶ化合物を作ると言われておる。
 最高の硬度を誇るダイヤモンドも炭素の同位体であり、基本的には炭素から構成されている物質に過ぎない。
 近年では「カーボンナノチューブ」「フラーレン」などの研究が急速に進められておる。
 多くの化合物を作る炭素元素は必ず抑えておくべき元素の一つであると言えるじゃろう。

◆原子番号6番:炭素の構造を学ぼう

 原子番号6番の炭素は無色結晶・非金属に分類される質量単位の基本ともなっておる鉱物じゃ。元素周期表における炭素は14族・第2周期元素として配置されておる。
 炭素元素の代表と言えば、やはり炭素の同素体である「ダイヤモンド」であることは間違いないじゃろう。
 鉛筆の芯なども炭素で構成されておるが、この鉛筆の芯もダイヤモンドも元素と言う観点から見ると同じ元素。共有結合の強度の違いが、硬度や見た目を変えておるのじゃな。

 炭素の構造の最大の特徴は炭素元素の原子価が4、すなわち結合手が4本あるという点が最大の特徴と言えるじゃろう。

※炭素は4本の結合手を持つ

 この結合手の豊富さが多様な化合物の形成に大きく関与しているという訳じゃ。

◆結婚指輪の定番ダイヤモンド宝石は炭素の同素体

 永遠の輝き!のダイヤモンドは炭素の同素体だったなんて知らなかったなぁ。

 うむ、炭素と言えばどうしても炭という文字がつくこともあって黒鉛や炭などの黒い物資というイメージがあるからのぉ。
 ダイヤモンドは結婚指輪などの定番の宝石じゃが、これが炭素の同素体なんて誰も考える事はないしのぉ。

 ねぇ、博士。ダイヤモンドってモース硬度一覧表を見てみると地球上で最も固い宝石なんだよね。

◆ダイヤモンドより硬いロンズデーライトとは?

 ダイヤモンドの硬度を示す指標にモース硬度と呼ばれておる指標がある。
 このモース硬度ではダイヤモンドは10段階の中で最も固い10となっておる。
 これはより細かい指標として作成された新モース硬度の15段階表記においても同様じゃ。
 しかし、モース硬度によるダイヤモンドの硬度は傷がつきにくいかどうか指標であって、金槌などでダイヤモンドを強く叩くと粉々に砕けることもあることはしっかり覚えておくことじゃ。
 尚、地球上にはダイヤモンドよりも固い可能性を持つ鉱物も確認されておる。
 そのひとつがダイヤモンド同様炭素の同素体である六方晶系の結晶構造を持つ「ロンズデーライト」と呼ばれる鉱物じゃ。
 ロンズデーライトは不純物も含まれておるが不純物を全て取り除いた場合ダイヤモンドよりも約58%程度硬い物質である可能性が検討されておるのじゃよ。

◆トップクラスのシェアを誇る炭素繊維産業

 炭素元素を応用して製品化されておる有名なものとしては炭素繊維と呼ばれる繊維状の物質がある。

 ゴルフ経験のある方であれば一度は「カーボンシャフト」と記載されたゴルフクラブを目にしたことがあるじゃろう。
 この炭素繊維の特徴は金属製品と比較すると軽量でありなおかつ強度も高い点があげられる。

 この特徴を活かしてテニスラケットなどの素材としてしようされたり、軽量化が求められるスポーツカーや航空機のエンジン部分の材料としての使用など幅広い分野で炭素繊維は活躍しておるのじゃ。

 尚、日本は世界でもトップクラスのシェアを誇る炭素繊維の産業輸出国でもあるのじゃ。

◆カーボンナノチューブの利点と欠点

 化学の世界でも大きな注目を集めておる素材にカーボンナノチューブと呼ばれる物質がある。
 大きな期待が寄せられておる為、一度はカーボンナノチューブという言葉を耳にしたことがある方も多いじゃろう。

 炭素の同素体としては「ダイヤモンド」「フラーレン」、そして「カルビン」などがあるがカーボンナノチューブも同様に炭素の同素体のひとつで構造が真っ直ぐな円筒状の形状をしておることからこの名称がつけられておる。

 カーボンナノチューブの最大の利点は軽量金属であるアルミニウム金属の半分程度の軽さでありながら剛性が極めて強く、かつ金属などとは異なり柔軟性に富むという利点があげられる。

 今後の研究で製品化が安全性の確保された様々なカーボンナノチューブ製品が商品化されれば、建築から半導体などのテクノロジー分野などあらゆる分野の資材に大きな影響を与える可能性をもっておることは間違いないのぉ。

 尚、欠点としてはカーボンナノチューブにはアスベスト等でも知られる発癌性物質を含む可能性が検討されている点にある。

 安全性の問題がクリアになり実用化が果たされると大きな経済の発展に繋がる炭素元素の同素体がカーボンナノチューブなのじゃ。