炭素を含む化合物のことだ。かつては、｢生命活動によってしか、決して作り出すことのできない化合物｣という定義だったが、尿素(H2N-CO-NH2)の合成にはじまって、さまざまな有機化合物が人工的に作られるようになると、この定義は意味がなくなった。
しかし、生命活動に関与する炭素化合物は膨大な数があり、タンパク質を見ればわかるようにその構造も複雑極まりないので、｢炭素化合物｣のみを対象とする｢有機化学｣という分野が、他の化学の分野と独立に、組み立てられている。
こうして、すべての炭素化合物は、二酸化炭素(CO2)のようなよほど単純な化合物以外は、｢有機化合物｣と呼ばれている。
周期表を見ると、第14族の第2周期、第3周期にはそれぞれ炭素 C 、ケイ素 Si 、が並んでいる。族の番号は｢最外殻電子｣の数に関係がある。炭素 6C 、ケイ素 14Si の電子配置は、
6C K(2)L(4)
14Si K(2)L(8)M(4)
で、いずれも最外殻電子数が4である。
非金属元素が、他の非金属元素と結合するとき、非金属元素は｢陰性元素｣で、それぞれ電子を引き寄せようとするから、お互いの間に電子を｢共有｣しようとするらしい(共有結合)。電子は、｢スピン｣と呼ばれる回転運動のようなものを行っており、その方向の異なるもの同士は回転に伴う磁力の影響で｢対｣をつくって安定化するという(共有電子対)。
ところで、周期表を見れば推測できるように、最外殻電子は8個で安定化する、という強力な傾向を持っているらしい(オクテット則)。2個ずつ、4対で8、ここに何か謎がありそうだ。
ペンを4本用意してください。4本のペンの根元はつながっているが、他の端は自由に動けるとしよう。お互い同士が最も離れるように、空間的に配置したとしたら、どんな形をとるだろうか?
4本のペンの先が｢正四面体｣の頂点をなすような形、ペンとペンのなす角度をθとすると、cosθ=-
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電子対同士はそれぞれ負に帯電していて、静電気的な反発力を持っているから、この推論には説得力がある。
この世でもっとも硬いものは？ダイヤモンド。そのダイヤモンドがこの｢正四面体｣構造をとっている。 海岸の護岸に用いられる｢テトラポッド｣もこの形をしているのは、いろいろな方向から加わる力に対して、この構造がとても｢強い｣ことを意味しているのではないか? |
これで、ほぼ、謎が解けた。一つの点から4方向に、対等に広がる｢正四面体｣という構造が、この世界で最も力学的に｢安定｣な構造であるらしい。だから、最外殻電子が4個で、4方向に共有結合ができる炭素とケイ素が、それぞれ｢生物界｣、｢無生物界｣のすべての物質の骨格を決定する元素として、選ばれた。
- すべての生物の身体は、｢アミノ酸｣という、炭素の周りに4種の原子団が結合した物質を基本単位として、できている。
- 地球の表面付近の、｢土、砂、岩、・・・｣、つまり生物が作ったものではないすべての構造物は、ケイ素の化合物、二酸化ケイ素やケイ酸塩、でできている。
有機化合物は、炭素を｢骨格｣として作られるが、それ以外の構成元素としては、水素、酸素、窒素、硫黄、リン、などの非金属元素、いくつかの金属イオンなどがある。おもなものとして、次の3つに分類する。
- 炭化水素( C , H のみで構成されるもの)
- 酸素を含む有機化合物( C , H , O で構成されるもの)
- 窒素・硫黄を含む有機化合物( C , H , O , N , S などで構成されるもの)
H2
+ Na → 
+ 
+
+ CH3COOH
+ CH3OH → 
+ H2O
+ CH3COOH
→ 
+ 3 KOH →
3 C17H35COO-K+ + 
