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化学

17種類もある、氷の不思議?新タイプの氷の結晶構造を解明、水素貯蔵材料になりうる可能性

氷の不思議

 水に砂糖などの不揮発性の物質を溶かすと、水溶液が凍る温度(凝固点)は0℃よりも低くなる。この現象を凝固点降下という。水が凍るときは水分子同士が結びついて氷になる。ところが、水溶液の場合、水に溶けている物質の粒がじゃまをして、水分子同士が結びつきにくい状態になっている。このため、水溶液を凍らせるには0℃よりも温度を低くする必要がある。水に溶けている物質の粒の数が多いほど、水溶液の凝固点は低くなる。

 では、10gの食塩と10gの砂糖を水100gに溶かす場合、どちらが低い温度で凍るか?

 正解は食塩、砂糖水は-0.7℃、食塩水は-5.6℃。これは、食塩と砂糖の粒のつくりの違いが関係している。食塩と砂糖が水に溶けたときの粒の様子は、図のように考えることができる。同じ質量の水に、食塩と砂糖をそれぞれ同じ質量だけ溶かすと、砂糖水よりも食塩水の方が、水に溶けている物質の粒の数が多くなる。このため、食塩水の方が、より低い温度で凍った。


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環境ホルモン再び?イルカや野鳥から化学物質「ペルフルオロホスフィン酸」検出!かつての農薬に使用

 世界に広がった環境ホルモン

 環境ホルモンというと、外因性内分泌攪乱物質または外因性内分泌攪乱化学物質とも呼ばれている。環境ホルモンという呼び名は、あるひとつの物質の名前ではなく、生物のホルモンの働きを狂わせてしまう物質の総称である。

 環境ホルモンは、体内の正常な働きをするホルモンの働きを壊すことで、様々な異常が起きる。例えば性ホルモンと似た性質の環境ホルモンは、生殖器の異常や精子の減少、卵巣がんや乳がんなどの生殖器のがん、性行動の異常などを引き起こす。

 環境ホルモンの原因となっているのは、さまざまな化学物質。化学物質を大量に摂取しているとは、誰もが思わないのでしょうが、日々の生活の中で環境ホルモンは、身体の中に取り込まれているといってもよい。殺菌剤・防腐剤・殺虫剤・農薬・食品添加物・ダイオキシンなど、約70種もの化学物質があげられている。


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2016年ノーベル化学賞は欧米研究者3人 授賞理由は「分子機械(マシン)の設計と合成による世界最小の機械開発」

化学賞は分子機械の欧米3氏に

 スウェーデンの王立科学アカデミーは10月5日、2016年のノーベル化学賞を機械のような動きをする分子の設計と合成に成功した米国、フランス、オランダ3国の3人の研究者に授与すると発表した。3日に医学生理学賞受賞が決まった東京工業大学の大隅良典(おおすみ よしのり)栄誉教授に続く日本人ダブル受賞はならなかった。

 授賞理由は「分子機械(マシン)の設計と合成による世界最小の機械開発」。受賞したのはフランス・ストラスブール大学のジャン・ピエール・ソバージュ名誉教授、米ノースウエスタン大学のジェームス・フレーザー・ストッダート教授、オランダ・フローニンゲン大学のバーナード・フェリンガ教授の3氏。

 ソバージュ名誉教授は、2つの分子が知恵の輪のように結びついた「カテナン」という特殊な形をした分子の合成に成功した。こうした分子は、ほかにも、ドーナッツ状の分子をダンベル状の分子が貫くように結びついた「ロタキサン」などさまざまな形がある。

 ストッダート教授やフェリンガ教授は、こうした分子に温度や光など外部から刺激を加えると、分子の一部が動くことで、あたかもスイッチやモーターのように機能する「分子マシン」と呼ばれる技術を開発した。


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窒素分子から直接二トリルを合成することに成功!ハーバー・ボッシュ法以来の快挙!

窒素化合物をニトリルからつくる

 地球大気の80%を占める豊富な資源である窒素分子は、2個の窒素原子が三重結合という強い共有結合で結ばれているため非常に安定している。

 しかし、この安定さゆえに、窒素分子を有用な有機化合物(含窒素有機化合物)に直接変換することは非常に困難である。通常、多くのエネルギーを消費する「ハーバー・ボッシュ法」によって、窒素分子から合成されたアンモニアを窒素原料として含窒素有機化合物を合成する。

 アンモニアを用いずに、温和な条件で窒素分子を含窒素有機化合物に直接変換する手法の開発は、これまであまり進んでいなかった。例えば、化学工業上需要な中間原料である含窒素有機化合物のニトリルは、医農薬中間体、溶剤、アクリル繊維の前駆物質、ナイロンの原料など、その用途は多岐にわたる。


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リチウムイオン電池の電解液として機能する「常温溶融水和物(ハイドレートメルト)」を発見!

 化学電池に不可欠「電解液」

 電池の電解液 (Electrolyte Solution) というと、イオン性物質を水などの極性溶媒に溶解させて作った、電気伝導性を有する溶液のこと。乾電池の中にも電解液が少量入っている。時々液漏れするのは電解液だ。

 例えば、マンガン乾電池の電解液には塩化アンモニウムや塩化亜鉛が溶けているのに対し、アルカリ乾電池は水酸化カリウムが溶けている。電解液は電解質が溶けていればよく、塩酸や硫酸、食塩でも電池になる。

 今回、東京大学大学院工学系研究科のグループは、科学技術振興機構、物質・材料研究機構との共同研究により「水」をベースとした新カテゴリーのリチウムイオン伝導性液体「常温溶融水和物(ハイドレートメルト)」を発見。研究成果を「Nature Energy」電子版に発表した。


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第62回ノーベル化学賞「球状タンパク質の構造研究」 ぺルーツとケンドルー世界初!タンパク質の立体構造解明

タンパク質の構造解析

 私たちの体は数十兆個もの細胞からなっており、一つひとつの細胞の活動が私たちの「生命」の基本となっている。細胞はさまざまな成分からできているが、なかでもタンパク質は、細胞の構造をつくり、生命活動を推し進め、調節するという大切な役割を果たしている。

 細胞の中ではたらくタンパク質は何万種類もあり、それぞれが独自のかたち(立体構造)とはたらき(機能)をもっている。細胞の活動の鍵となるタンパク質の構造と機能を解明することは、生命のしくみを理解する上でとても重要である。また、多くの病気は細胞の活動の不調に由来するので、病気の治療法を開発するのにも大切だ。さらに、動植物や微生物を上手に利用して食料や有用物質を生産するのにも、タンパク質の研究は貢献する。

 これまでの研究により、タンパク質の構造を解析するための基本的な手法はほぼ確立されている。生命にとって重要なタンパク質の構造が次々に明らかになり、これに伴って機能の解明も大きく進んだ。だが、タンパク質の中にはまだ構造の分かっていないものも多く存在する。


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新ナノカーボン素材「カーボンナノブラシ」発見!カーボンナノホーン集合体が細長く繊維状に伸びる

ナノカーボン材料とは?

 ナノカーボン材料とは、ナノメートル(10億分の1m)の大きさの構造をもつカー ボン(炭素)からなる物質群である。ナノカーボンには、C60分子(フラーレン)、ナノチューブ、グラフェンが代表的な物質である。1985年のフラーレン発見後、カーボンナノチューブ、グラフェンなど様々な形態が見出され、その多様かつ特徴的な性能からナノテクノロジーの代表的な素材として注目を浴びている。

 産学官で幅広く基礎研究及び用途開発研究が展開されており、ここ数年のナノカーボン材料にまつわる様々な技術開発はめざましく、ナノカーボン材料も事業化段階に入ろうとしている。

 今回、NECは新たな炭素素材「カーボンナノブラシ」を発見したと発表した。直径100ナノメートル(1万分の1ミリ)、長さ1〜10マイクロメートル(1000分の1〜100分の1ミリ)の繊維状に炭素原子がつながり合い、表面にブラシの毛のような突起が多数ある。電気をよく通す特徴があり、電気自動車の電池の電極に使った場合、充電速度が10〜15%向上し、省エネ効果もあると見込まれる。


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113番元素の名前の案「ニホニウム」に!平均寿命わずか「0.002秒」、できた数わずか「3個」

 113番元素の名前の案「ニホニウム」に 国際機関が発表

 日本の理化学研究所のグループが発見し、日本に初めて命名権が与えられた「113番元素」について、化学に関する国際機関は名前の案を日本の提案どおり、日本ということばを取り入れた「ニホニウム」に決め、日本時間の6月8日午後10時半、ホームページで発表した。また、元素記号の案を「Nh」に決めたと併せて発表した。

 物質の元になる元素のうち、九州大学の森田浩介教授を中心とする理化学研究所のグループが12年前に、埼玉県和光市にある大型の実験装置を使って人工的に作り出すことに成功した113番目の元素について、化学に関する国際機関、「国際純正・応用化学連合」は去年12月、正式に元素として認定し、命名権を日本に与えた。

 これを受けて、理化学研究所のグループは名前と元素記号の案をことし3月、国際機関に提出し、国際機関がふさわしいものかどうか審査を行ってきた。その結果、国際機関は「113番元素」の名前の案を日本の提案どおり、日本ということばを取り入れた「ニホニウム」に決め、日本時間の8日午後10時半、ホームページで発表しました。また、併せて元素記号の案を「Nh」に決めたと発表した。


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驚いた!シャラポアのドーピング問題!ロシア陸上界では組織ぐるみで発覚!なぜドーピングはなくならない?

 女子テニス界の妖精の釈明

 女子テニス界の妖精といわれる、ロシアのマリア・シャラポワ(28)のドーピングのニュースには驚かされた。

 シャラポアというと、日本の錦織圭(23、日清食品)が13歳から練習拠点としている、米フロリダ州のIMGニック・ボロテリー・テニス・アカデミーの出身である。

 3月7日、シャラポアはロサンゼルスで記者会見し、1月の全豪オープンのドーピング検査で禁止薬物の「メルドニウム」に陽性反応が出たことを明らかにした。


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“未来の紙”セルロースナノファイバー(CNF)が世界を変える!強度鉄の5倍、重量5分の1、透明素材も

 夢の新素材「セルロースナノファイバー」実用化

 夢の素材といわれるセルロースナノファイバー(CNF)の実用化が進んでいる。植物から作られるCNFは、環境負荷が少ないうえ、鉄よりも軽くて強いといった、さまざまな特長を備え、幅広い分野で利用が見込まれている。森林資源の豊富な日本の企業にとって、原料調達が容易というメリットもある。2030年には関連市場が1兆円に達するとの予測もある中、製紙会社などが研究開発や用途開拓を加速している。

 CNFは植物繊維を化学的、機械的に解きほぐしたものだ。繊維1本の直径は数ナノ~数十ナノ(1ナノは10億分の1)メートルしかないが、鉄の5分の1の軽さで強度が5倍と、炭素繊維に迫る性能を備える。しかも透明で、熱を加えても膨張しにくいほか、化粧品などに加えると粘りを出すこともできる。

 このため化粧品以外にも、ソフトクリームの形を保ったり、ガラスの代わりに利用するといった、さまざまな利用法が考えられている。中でも樹脂と混ぜて自動車部品に使えば、1台あたり20キロの軽量化につながるといわれる。


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アジアで初めて!理研が113番新元素の命名権獲得!「ジャポニウム」が有力

 元素とは何か?

 元素は英語で「Chemical element」という。元素とは何だろう?

 元素とは化学物質を構成する基礎的な成分であることがわかっている。すなわち、水素、酸素、炭素、窒素、ナトリウム、塩素、鉄...などのことである。これらは互いに化合して化合物である水、二酸化炭素、デンプン、アミノ酸、などさまざまな化学物質をつくっている。


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第61回ノーベル化学賞 メルヴィン・カルヴィン 光合成の魔法陣「カルビン回路」の発見

 光合成研究とノーベル賞

 植物と二酸化炭素の関連については古くから知られていたが、水だけでなく二酸化炭素が植物にとって必須な元素であり、これらを取り込んだ植物が成長しながら酸素を出すことを見出したのは、スイスのニコラス・トオドール・ド・ソシュールである。1804年にはこの現象は光合成と名付けられた。

 1947年、カリフォルニア大学バークレー校で化学教授になったメルビン・カルビンは、有機分子構造の理論的な研究を始めた。彼は共同研究者のジェームズ・バッシャム、アンドリュー・ベンソンとともにトレーサーに炭素14(14C)を使い、光合成における炭素の詳細な流れを明らかにした。


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大腸がんに「アスピリン」の抗血小板作用が予防に有効か?他に食物繊維・カルシウム

 日本人のがん死因第2位は大腸がん

 日本人の死因の第1位はがんである。がんのなかでは、胃がんの死亡率は減少しているが、肺がん、大腸がん、肝がんは増加している。

 大腸がんの死亡率は女性では第1位、男性では、肺がん、胃がん、肝がんに次いで第4位。大腸癌の死亡数で表すと、昭和30年(1955年)には男性2079人、女性2160人だが、平成18年(2006年)には、男性22380人、女性18653人となり、半世紀でおよそ10倍になった。

 最近では俳優の今井雅之さんが大腸がんのため主演舞台を降板し、5月28日に惜しまれつつ死去、享年54歳という早すぎる死だった。この数字を見る限り、人ごとではないようだ。大腸がんの予防には何が効果的なのだろう?



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終わらない危険ドラッグ!新たなドラッグは「自転車タイヤの補充用」という嘘

 小6男児宅から大麻、芸能界ではコカイン

 最近、薬物問題の低年齢化が目立つ。京都市内の公立小学校に通う6年生の男子児童が教師に「大麻を吸った」と話した問題で、警察は高校生の兄の部屋から大麻草が見つかったとして、兄を大麻取締法違反の疑いで逮捕した。

 大麻取締法違反の疑いで摘発された少年や少女は去年1年間に全国で80人に上っているが、小学生が補導されたケースはこの10年間で1度もなかった。 警察庁によると、去年1年間に大麻草を所持していたり譲り渡したりしたなどとして大麻取締法違反の疑いで送検された少年や少女は、全国で80人に上っている。

 一方、芸能人の薬物問題も後を絶たない。アイドルで女優の高部あい容疑者(27)が都内の自宅マンションでコカインを所持していたとして、麻薬取締法違反(所持)の疑いで逮捕。その後、同法違反(使用)容疑で再逮捕された。


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2015年ノーベル化学賞に米大教授ら「DNA修復の研究 塩基損傷・コピーミス・紫外線損傷」

 ノーベル化学賞に米大教授ら3氏 DNA修復の研究

 スウェーデンの王立科学アカデミーは7日、2015年のノーベル化学賞をポール・モドリッチ米デューク大教授やアジズ・サンカー米ノースカロライナ大教授ら3氏に贈ると発表した。授賞理由は「DNA修復のメカニズムの研究」。

 授賞式はストックホルムで12月10日に開く。賞金800万スウェーデンクローナ(約1億2000万円)を3氏で分け合う。日本人の3連続の受賞はならなかった。

 今年のノーベル化学賞は、がん治療の発展につながる細胞内のDNA修復メカニズムで成果を挙げた研究に贈られた。

 受賞したのはイギリスのクレアホール研究所のトーマス・リンドール氏、アメリカのデューク大学のポール・モドリッチ教授、ノースカロライナ大学のアジズ・サンカー名誉教授の3人。


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第60回ノーベル化学賞 ウィラード・リビー「炭素14を用いた年代測定法の研究」

 年代測定法とは?

 大昔の古文書、縄文時代の土器、恐竜の化石の年代は、どうやって調べればよいのだろうか?

 年代測定(absolute dating)は、現在手に入れられるものから、その年代(古さ)を測定する技術である。 年代には、どちらが古いか比較することで順序を決める相対年代と、実際の年を単位として計る絶対年代があるが、絶対年代を測定するのが年代測定である。また、当時の古文書の調査も別の分野となる。

 絶対年代を測定するには、放射年代測定法や熱ルミネッセンス法、電子スピン共鳴吸収法、古地磁気法、年輪年代学、氷縞・年縞などの方法がある。

 このうち、放射年代測定法は、調べるものに含まれる放射性核種(炭素14、セシウム137、鉛210など)の壊変度合いを測る。


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中国、天津で大規模爆発事故!原因は放水による化学反応か?シアン化水素の重合反応

 中国、天津の大規模な爆発事事故

 テレビの画面からの凄まじい爆発の映像に驚かされた。激しい爆発は、気象庁(Japan Meteorological Agency)の人工衛星でも様子がとらえられた。

 日本時間の8月13日未明、中国・天津の港の近くにある倉庫とその周辺で大規模な爆発が起き、これまでに確認された死者は85人に上り、入院した721人のうち33人が重体だという。

 現場上空から撮影された映像では、爆発で出来たとみられるクレーターのような巨大な穴が確認できる。爆発は少なくとも2回起き、その規模について中国当局は、TNT火薬に換算して、1回目が3トン、2回目は21トンに相当するとしていて、日本の気象庁によると、マグニチュード3から4の地震と同じ程度の規模だという。


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二酸化チタンの光触媒、酸化力などを、原子レベルで自在に操る技術を開発!

 多様な用途、二酸化チタン

 二酸化チタン(titanium dioxide)は、白色の塗料、絵具、釉薬、化合繊用途などの顔料として使われる。チタン白、チタニウムホワイト(titanium white)と呼ばれる。また、人体への影響が小さいと考えられているため、食品や医薬品、化粧品の着色料(食品添加物)として利用されている。

 無色の固体で光電効果を持つ金属酸化物。屈折率はダイヤモンドよりも高い。387 nm(紫外線)より短波長の光を吸収すると価電子帯の電子が伝導帯に励起され、自由電子と正孔を生成する。通常、自由電子と正孔は直ちに再結合し、熱に変わる。しかし、この正孔の酸化力は非常に強いため、これら自由電子と正孔が例えば水と反応すると活性酸素種が生成される。

 この酸化力を利用して光触媒として、化学物質や微生物などの分解に利用したり、抗菌素材として、壁や床を酸化チタンでコーティングし、ブラックライト(紫外線ランプ)を照らすだけで殺菌処理することができる。


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熱力学第2法則に逆らう「マックスウェルの悪魔」の働きを解明することに成功!

 熱力学の第2法則

 熱力学の第2法則は「エントロピーは徐々に増大する」という法則である。エントロピーとは乱雑さのこと。例えば水は高いところから低いところに流れるように、エネルギーも高い状態から徐々に均一化してエネルギーの低い状態に変化することをいう。

 "マックスウェルの悪魔"は、19世紀の物理学者ジェームズ・マックスウェルが1867年に考えた創造上の生き物で、分子の動きを見分けることができ、例えば温度差のないところからエネルギーを使わず温度差を作り出し仕事をさせることができるとされ、熱力学第2法則に根本的な疑問を投げかけた。

 第2法則を破るマックスウェルの悪魔は至るところに存在している。例えば人間にしても、個性があり、何にエネルギーを費やすかはそれぞれ異なる。万人が万人同じ価値観ではない。これは第2法則に反していないだろうか?


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ホウ素は液体では半導体だった!宇宙実験技術「静電浮遊法」で世界で初めて解明

 宇宙実験技術でホウ素の謎を世界で初めて解明

 宇宙航空研究開発機構(JAXA)と東京大学(東大)は4月20日、理論的には金属だと考えられていたホウ素が、実は金属ではなく、半導体的性質を強く持つことを明らかにしたと発表した。

 同成果は、JAXA宇宙科学研究所の岡田純平 助教、石川毅彦 教授と東大の木村 薫 教授を中心とする研究グループによるもので、米国物理学会誌「Physical Review Letters」に掲載される予定。

 元素は大きく分けると金属と非金属(半導体、絶縁体)に分類され、ホウ素やケイ素(シリコン)などは金属と非金属の境界に位置しているとされる。こうした元素は固体と液体とで性質が異なり、例えばシリコンや炭素は固体では半導体だが、溶けると金属になる。


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