化学の世界観です。
理科に詳しい父親の話を参考にしています。
化学について言えることとして、化学と物理は両方勉強しなければ意味がないということが言えます。
言ってしまえば、機械工学は、「原理と仕組み」の部分と、「素材と方法」の部分に分かれます。どのように機械が動いているか、どんな物理法則を使って機械をどのように「発明」したか、という部分と、素材をどのように組み合わせたり加工したりして、どのような「方法」で機械を作るか、という部分です。
そして、前者の「原理と仕組み」が物理であるとすれば、後者の「方法と素材」が化学なのです。
言ってしまえば、ただ機械を作るだけであれば、原理と仕組みは分からなくても構いません。それは発明家だけが分かっていれば良いからです。確かに機械を改良する上で、原理は絶対に分かっておかなければならない専門知識ですが、工場で「マニュアル通りに作る」のであれば、素材をどのように加工し、部品をどのような手順で作り、それをどのようなマニュアルと道具によって工場で組み立てるか、ということが分かっておけば良いからです。
たとえば、自動車はエンジンやタイヤを作らなければいけませんが、原理的にはガソリンをエンジンやタービンで燃やし、その巨大なエネルギーをタイヤの回転力に変えなければいけません。ここでも、物理と化学の融和が見られます。物理的には熱力学と爆発力についての原理的な知識が言えますが、化学的にはガソリンの石油エネルギーやタイヤのゴムあるいはさまざまな金属や機械部品を組み合わせて作っているのです。
化学と物理は、両方勉強しなければ意味がありません。逆に、化学と物理を両方勉強すれば、工場についても、金や組織や工程といった「社会的役割と組織」だけではなく、「化学と物理による技術的な視点」も持つことができます。化学と物理が分かることで、工場の仕組みも業種のやっていることも分かります。また、生物学的なこと、特に食べ物の栄養素や解剖生理学・分子生物学的な医学の知識についても知ることができます。医学と工場が分かってしまえば何でも分かります。それが、化学の素敵な点です。
僕は、ゴムやカーボンを使うことで、頑丈で伸縮自在の化学素材を作れないかと思う。
たとえば、自動車に使うことで、ぶつかっても死傷者が出ないようにしたり、命綱の代わりにカーボンスーツのようなものに使うことができる。
（以下は放送大学「自然科学はじめの一歩 ('15)」を参考に執筆しました。）
原子は、原子核と電子によってできている。原子核は、正の電荷をもつ陽子と、電荷をもたない中性子からなる。この電子核のまわりを、負の電荷をもつ電子がまわっている。
周期表は、原子番号がそのまま電子の数、そして陽子の数となる。すなわち、「原子番号 = 陽子の数 = 電子の数」となる。しかしながら、電子は別の原子に移動することがある。これを「電荷を帯びる」と言い、電荷を帯びた原子のことを「イオン」と呼ぶ。
周期表は陽子の数がひとつ増えるごとに次のマスに移動するが、長方形ではなく凹の形をしている。これは元素の共通の性質の仲間（族）を表すためである。右端のヘリウム(2、He)に近い性質を示すのは、ネオン(10、Ne)、アルゴン(18、Ar)、クリプトン(36、Kr)、キセノン(54、Xe)、ラドン(86、Rn)のように、同じ族の元素となる。
またHやCなどの元素記号は、化学式に使う。たとえば、CO2（二酸化炭素）となる。イオンとなった時は、これに+と-をつけてH+（水素イオン）のように表す。
後日注記：周期表の縦の列（族）が同じ性質を示すのは偶然ではない。量子力学で考えた時（量子は粒子であると同時に波であると考えた時）の電子の入る軌道（電子軌道）における量子の数と性質によってきわめて規則的に決まっていることが分かっている。放送大学「自然科学はじめの一歩 ('15)」に簡単な概要が書かれているので参考にしてほしい。
2024.10.23編集
2025.01.13編集
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
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| 1 H 水素 | 2 He ヘリウム | ||||||||||||||||
| 3 Li リチウム | 4 Be ベリリウム | 5 B ホウ酸 | 6 C 炭素 | 7 N 窒素 | 8 O 酸素 | 9 F フッ素 | 10 Ne ネオン | ||||||||||
| 11 Na ナトリウム | 12 Mg マグネシウム | 13 Al アルミニウム | 14 Si ケイ素 | 15 P リン | 16 S 硫黄 | 17 Cl 塩素 | 18 Ar アルゴン | ||||||||||
| 19 K カリウム | 20 Ca カルシウム | 21 Sc スカンジウム | 22 Ti チタン | 23 V バナジウム | 24 Cr クロム | 25 Mn マンガン | 26 Fe 鉄 | 27 Co コバルト | 28 Ni ニッケル | 29 Cu 銅 | 30 Zn 亜鉛 | 31 Ga ガリウム | 32 Ge ゲルマニウム | 33 As ヒ素 | 34 Se セレン | 35 Br 臭素 | 36 Kr クリプトン |
| 37 Rb ルビジウム | 38 Sr ストロンチウム | 39 Y イットリウム | 40 Zr ジルコニウム | 41 Nb ニオブ | 42 Mo モリブデン | 43 Tc テクネチウム | 44 Ru ルテニウム | 45 Rh ロジウム | 46 Pd パラジウム | 47 Ag 銀 | 48 Cd カドミウム | 49 In インジウム | 50 Sn スズ | 51 Sb アンチモン | 52 Te テルル | 53 I ヨウ素 | 54 Xe キセノン |
| 55 Cs セシウム | 56 Ba バリウム | ※１ | 72 Hf ハフニウム | 73 Ta タンタル | 74 W タングステン | 75 Re レニウム | 76 Os オスミウム | 77 Ir イリジウム | 78 Pt 白金 | 79 Au 金 | 80 Hg 水銀 | 81 Tl タリウム | 82 Pb 鉛 | 83 Bi ビスマス | 84 Po ポロニウム | 85 At アスタチン | 86 Rn ラドン |
| 87 Fr フランシウム | 88 Ra ラジウム | ※２ | 104 Rf ラザホージウム | 105 Db ドブニウム | 106 Sg シーホーギウム | 107 Bh ボーリウム | 108 Hs ハッシウム | 109 Mt マイトネリウム | 110 Ds ダームスタチウム | 111 Rg レントゲニウム | 112 Cn コペルニシウム | 113 Nh ニホニウム | 114 Fl フレロピウム | 115 Mc モスコビウム | 116 Lv リバモリウム | 117 Ts テネシン | 118 Og オガネソン |
| ランタノイド （※１） | 57 La ランタン | 58 Ce セリウム | 59 Pr プラセオジム | 60 Nd ネオジム | 61 Pm プロメチウム | 62 Sm サマニウム | 63 Eu ユウロピウム | 64 Gd ガドリニウム | 65 Tb テルビウム | 66 Dy ジスプロシウム | 67 Ho ホルミウム | 68 Er エルビウム | 69 Tm ツリウム | 70 Yb イッテルビウム | 71 Lu ルテチウム |
| アクチノイド （※２） | 89 Ac アクチニウム | 90 Th トリウム | 91 Pa プロトアクチニウム | 92 U ウラン | 93 Np ネプツニウム | 94 Pu プルトニウム | 95 Am アメリシウム | 96 Cm キュリウム | 97 Bk バークリウム | 98 Cf カリホルニウム | 99 Es アインスタイニウム | 100 Fm フェルミウム | 101 Md メンデレビウム | 102 No ノーベリウム | 103 Lr ローレンシウム |
（化学【5分でわかる】周期表の覚え方と族（縦）や周期（横）の見方 | ViCOLLA Magazine、げんそ博士の元素周期表 スペシャルサイト | 東京エレクトロン、【元素周期表】見やすい表で覚え方と元素を解説！ゴロ合わせも｜高校生向け受験応援メディア「受験のミカタ」を参考に執筆しました。）
縦の列を「族」、横の列を「周期」と呼ぶ。
濃い赤がアルカリ金属、橙色がアルカリ土類金属、濃いピンクがランタノイド、濃い紫がアクチノイド、薄いピンクが遷移元素、濃い灰色が卑金属、黄土色が半金属、緑と黄色が卑金属元素、青が希ガスとなる。
Wikipedia
（以下は放送大学「自然科学はじめの一歩 ('15)」を参考に執筆しました。）
これらの元素のうち、地球にあるとされるのは約90種類弱。ほとんど痕跡しか存在しない5種類を除くと、たったの約85種類で地球のあらゆる物質や生物の構成要素は形成されている。
生物学で言えば、タンパク質を構成するのは20種類のアミノ酸だけ。これだけで、ほとんど無限にあるかのように思えるタンパク質はできている。ヒトの細胞なら、22,000種類のタンパク質を20種類のアミノ酸から合成して作ることのできる細胞の設計図がある。この設計図がDNAで、ひとつひとつの細胞の中の「核」という物質の中に含まれている。
また、人体の主成分は、O60%、C20%、H10%と言われている。このうちOとHは主に水として含まれており、C（炭素）が人体そのものを形成している。CmH2nOnは炭水化物（糖質）の化学式である。
水素（H）は、宇宙においてもっとも多く存在する元素。元素番号が1であるように、陽子数も原子数も1つと単純かつシンプル。
地球においては水素と酸素（O）の結びついた水（H2O）がよく知られている。生物の中にも多く含まれている。
また、水素を核融合させると、2つの水素の原子核が融合してヘリウム（He）となる。この時質量が少し小さくなり、巨大なエネルギーが発生する。これが水爆（水素爆弾）であり、核分裂を起こす原爆（原子爆弾）よりもさらに大きなエネルギーを発生させられる。
地球やほかの太陽系の惑星に光エネルギーを送出している太陽は、水素が核融合することで巨大なエネルギーを発生させていると考えられている。
また、周期表の左下の方が電子を放ちたがっている元素で、周期表の右上の方が電子を受け取りたがっている元素となる。これを電気陰性度という。
左下の方の元素と右上側の方の元素が出会ってしまうと、電子が移動してイオンとなる。
たとえばナトリウムイオン（Na+）と塩化物イオン（Cl-）となり、これらが結晶となったものが塩化ナトリウム（NaCl）、すなわち食塩である。
このようにイオンから生まれたものを「塩」と呼ぶ。
また、周期表にはたくさんの元素があるように見えますが、ほとんどは金属です。1の水素を除く、13, 32, 51, 84までの階段状に分かれた左下の元素はすべて金属です。
そして、ホウ素（B）、ケイ素（Si）、ゲルマニウム（Ge）、ヒ素（As）、アンチモン（Sb）、テルル（Te）の6元素は半金属と知られ、金属と非金属の両方の性質を持つ。
一番右側にある縦のグループは希ガスと呼ばれる。電子を欲しがらず、放つことも嫌がり、化学反応もしない（したがらない）気体のグループである。
水素と右上の元素を除く、多くの金属元素は電子を欲しがらず、化学結合した時はみんなで電子を出し合って結合する。放たれた電子は自由電子となって自由に動けるようになる。これを金属結合と呼ぶ。
逆に、右上の電子を欲しがる元素は、化学結合した時にみんなで電子を共有して結合する。これを共有結合と呼ぶ。電子は強く結ばれて動くことができなくなる。
詳しいことは、放送大学「自然科学はじめの一歩 ('15)」に記述されています。初心者向けの優しい講義なので、教科書を買って読んでみてください。放送授業もBSテレビ放送で無料で行われています。
2024.03.03編集
2025.01.13編集
塩酸や硝酸や硫酸のような、強い酸にものを浸すと、ものは溶けてなくなってしまいます。
ここで、何が起きているかというと、酸化作用が起きています。
金属などは、空気中や水の中に含まれる酸素と、原子が結びついて酸化することがあります。
たとえば、鉄（Fe）は酸素と結びついて錆びます。この「錆び」のことを酸化鉄（Fe2O3）と呼びます。鉄の場合は、原子の並び方がきっちりしているため、硬くしっかりとしていますが、酸化鉄はそのような組成がきっちりとしていないため、バラバラになって、ボロボロになってしまいます。ほかの多くの金属も、錆びると朽ちてボロボロになります。
塩酸（HCl）や硝酸（HNO3）や硫酸（H2SO4）のような酸自体には、酸素（O）はあまり含まれていませんが、水素（H）は含まれています。この水素が、金属を酸素と結びつけます。簡単に説明すると、水の中に溶け出した酸の中の水素は水素イオンになっています。塩酸の場合は塩素（Cl）と水素のイオンです。そして、水（H2O）の中に含まれている水素と、酸の水素イオンが一緒になって、酸素を残して水素だけが水素ガスとなってなくなります。この時に水素ガスが泡のように発生するため、酸でものを溶かすと泡が出ます。同時に、金属もまたイオンになって水の中に溶け出しています。この金属の水の中への溶け出しやすさのことをイオン化傾向といいます。この金属と水の中に残った酸素イオンが一緒になって、酸化作用をもたらし、鉄は酸化鉄となります。
イオン化傾向とは、水の中へのイオンとなった金属の溶け出しやすさです。そして、イオン化傾向の高い金属は酸化しやすく、錆びやすいです。イオン化傾向の高い金属には、カリウム（K）、カルシウム（Ca）、ナトリウム（Na）、マグネシウム（Mg）、アルミニウム（Al）などがあり、植物の体の中にも水の中に溶け出して含まれており、ミネラルとも呼ばれます。逆に、イオン化傾向の低い、酸化しにくい金属は金（Au）や銀（Ag）などです。
さて、古来より、人間は道具の素材として、さまざまなものを使ってきました。
古くから使われる土器は、ものを食べる際や水を入れる際などには、硬くて、作りやすく、使いやすいですが、衝撃ですぐに割れてしまうため、戦うための武器には使えません。
これに対して、石を割ったり磨いたりすることで作られた石器は、石であるため専門的な技術は必要ありませんが、なくなったとしてもすぐに代わりのものが見つかるわけではないため、古代においては貴重品でした。
その後に、熱によって溶かしたものを固めて作る銅や鉄が使われるようになりました。
先に現れたのは銅（Cu）です。銅は鉄に比べて、溶ける温度が低いため、作るのが容易です。ですが、銅は鉄に比べて柔らかく、曲がりやすいですし、切れ味も悪いです。銅剣などに使われるほか、身分が高いことを示すために、銅鏡などを作るために使われました。銅鏡を授かるということは身分の高い証であり、卑弥呼のような昔の指導者は銅鏡をありがたがりました。
そして、銅よりも溶ける温度が高いため、作るのに技術は必要ですが、強くて切れ味も鋭いのが鉄（Fe）です。鉄は高温の炉が必要になりますが、武器として使うのに適しており、鉄が普及したことで、軍事的な戦争なども多くなり、また高度な戦争になりました。
鉄は砂鉄や鉄鉱石に含まれており、鉄とほかの物質は比重が違うため、比重を計ることによって鉄を取り分けます。そして、とても高温になった炉に入れて柔らかくし、粘土などで作った型に入れて冷やして固めます。鉄はとても強く、そして使い勝手がよく、石器などに比べれば大量に生産できるため、武器だけではなく、窯や鍋のような調理器具や、クワやスキのような農具にもよく使われました。
話を酸化の話に戻すと、銅と鉄を比べると、鉄のほうが酸化しやすいです。なので、昔の集落の跡地などから出土される遺物を見ていると、鉄器のようなものはほとんど出てきません。長い間のうちに酸化して、錆びて朽ちてしまっているからです。それに対して、土器や石器や銅でできた銅器などはたくさん出てきます。一部例外として、酸素にも水にも触れられなかったような特殊な場所では、鉄器が朽ちることなく出土される場合があります。
また、酸化しにくく、朽ちにくいことで知られている、もっとも一番のものは金（Au）です。金は何千年もの間に渡って輝きを失わないため、古代人にとっては神秘的なものであり、貴重かつ高額であり、芸術作品やアクセサリーなどに使われました。エジプトのツタンカーメンの仮面なども金で作られており、本体のミイラが朽ちてしまっても、金でできた仮面の輝きは失われません。次に朽ちにくいものは銀（Ag）であり、貴族などの間では銀でできたフォークやスプーンなどの食器などがよく使われました。
酸化作用をもたらして金属などものを溶かす酸として、強い酸（強酸）として知られているのは、塩酸、硝酸、硫酸などです。このうち、塩酸は人間の体の中にも含まれています。それは胃酸です。胃酸は塩酸でできており、食べたものや雑菌を溶かす作用があります。ですが、そのままだと、自らの胃自体を溶かしてしまうため、塩酸に強い粘膜で胃の中は守られています。
また、ものをすぐに溶かすことのない、弱い酸（弱酸）としては、クエン酸（C6H8O7）や酢酸（CH3COOH）などが知られています。クエン酸は、レモンのような酸っぱい食べ物によく含まれています。また、酒の原料である糖を発酵させて酒にして、その発酵がさらに進むと酢になりますが、酢酸は酢の中に多く含まれています。
自動車などで、鉄でできた表面に塗料を塗るのは、綺麗にするためでもありますが、第一に水や空気中の酸素に触れさせないためです。鉄の表面が水や空気に触れると、錆びて駄目になってしまいます。
2025.01.12-13
主な金属の融点（温度が高くなって固体から液体になる温度）は、銅（Cu）が1084.5℃、鉄（Fe）が1536℃、金（Au）が1064.43℃、銀（Ag）が961.93℃、白金（Pt）が1769℃です。これらの金属は、約1000℃程度・以上の高熱にならないと液体になりません。なので、扱うには高い技術が必要となります。
これに対して、スズ（Sn）は231.96℃、鉛（Pb）は327.5℃と、融点が約200～300℃程度と低いです。また水銀（Hg）の融点は-38.842℃であり、常温で液体です。
スズと鉛は融点が低く、そんなに高温にならなくても溶けるため、電気工作で金属や導線と電子基板を繋げるために使うはんだ付けのはんだなどによく使われます。スズだけでは電気を通しにくいので、電気を通しやすい鉛を加えます。鉛だけでは融点が高くなってしまうので、融点を低くするためにスズとの合金にします。
融点が低いだけならほかにも金属はありますが、それらの金属は自然の生産量が少なく、またあまり融点が低すぎると日常の電気の利用で溶けてしまうことがあるので、それくらいがちょうどいいのです。
2025.01.13
（以下は新課程 チャート式シリーズ 新化学1を参考に執筆しました。）
化合物には、大きく分けて有機化合物と無機化合物がある。
有機化合物は、炭素（C）を含む有機的な化合物のことで、Cを含みながら少ない種類の元素（HやOなど）で構成される。有機化合物は、タンパク質、脂質、糖、核酸のように、生物の体の中などに多く含まれている（生物の体と結びつきが強い）。
これに対して無機化合物は、有機化合物以外の無機的な化合物のことで、あらゆるすべての種類の元素によって構成される。無機化合物は、宇宙のあらゆる場所に存在する。
有機化合物は種類がとても多く、2,000万以上の種類がある。これに比べて無機化合物は約20万ほどの種類と少ない。
また、有機化合物は無機化合物に比べて、燃焼しやすく、融点も低く、電解質でなく、水に溶けにくいという特徴がある。また有機化合物のほとんどは共有結合であるのに対し、無機化合物はイオン結合と共有結合の二種類がある。
2023.09.02-03
2025.01.13編集
人間の細胞の性質は22,000種類のタンパク質で決まっている。このタンパク質は20種類のアミノ酸からできており、アミノ酸の並び方によってタンパク質の種類が決まる。この並び方はとても長いが、この並び方はそれぞれの決まった形に折りたたまれる。
（放送大学「自然科学はじめの一歩 ('15)」を参考に執筆しました。）
2023.11.28-29
2023.12.27編集
pH（ぺーはー）は水素イオン指数。酸性と塩基性の強さを測るために使う。
酸（酸性）とは水素イオン（H+）のことであり、塩基（アルカリ性）とは水酸化物イオン（OH-）のことである。
水素イオン濃度[H+]で酸性・塩基性の強さを表すのに対して、[H+]=10-xmol/lの時、pH=xとなる。この式について、以下に説明する。
まず、[H+]はとても小さな数値になるため、10の指数を使って10-xで表す。また、pHはこれを分かりやすくするために10の指数部分だけを取り出して符号を逆にする。
mol（モル）は物質量を表す単位で、1モルは6.0×1023個の粒子量となる（6.0×1023はアボガドロ数と呼ばれる）。また、モル濃度は1リットルの液体の中に何モルの物質が溶け出しているかを表す濃度で、mol/lで表される。
pHは7が中性で、6, 5, 4, 3, ...と下がっていくと酸性になり、8, 9, 10, 11, ...と上がっていくとアルカリ性（塩基性）になる。また、リトマス試験紙が赤になると酸性、青になるとアルカリ性（塩基性）となる。
（「基礎からのシグマベスト 高校 これでわかる化学I（文英堂, 2007年発行版）」を参考に執筆しました。）
2023.09.02-03
2025.01.13編集
物質が酸化物になること（酸素との化合）を酸化と呼び、酸素を失って元に戻ることを還元という。
また、物質が水素を失うことが酸化、水素と化合することが還元であるとも言うことができる。
あるいは、原子が電子を失う変化と得る変化を、酸化・還元とも呼べる。
あるいは、酸素数の増加と減少を、酸化・還元と定義することもできる。
（「基礎からのシグマベスト 高校 これでわかる化学I（文英堂, 2007年発行版）」を参考に執筆しました。）
2023.09.02
触媒はそれ自体は化学変化しないが、別の物質の化学変化を助けるような性質を持つもののこと。
（新課程 チャート式シリーズ 新化学1を参考に執筆しました。）
2023.09.02
僕は化学や工学に詳しくはないため、アルミニウム（Al）を作るとして、どのように作ればいいか知りませんでした。
ですが、アルミニウムは元素であり、ほかと化合して作るわけではなく、たとえば鉱物や岩石のようなものから、アルミニウムだけを取り出すようなことを行います。
そこで僕が考えるに、「熱を加えて液体にした上で沈殿させてやれば、重力によって上のほうから軽い順に並んでくれるのではないか」と思いました。
ですが、父親が言うには、同じようなことをやるようです。
アルミニウムだけではありませんが、たとえば岩石を粉々に砕いた上で、それを水にまぜて沈殿させれば、上から下まで軽い順に並んでくれます。
あるいは、気体にする方法や、その通り液体にする方法もあるようです。
2023.09.20
2025.01.13編集
衣類も参照のこと。
量子力学も参照のこと。
空間原子論も参照のこと。
物理学者が考えていることに、「マイナスの重力」とか「反物質」ということがあります。
すべての力に、プラスとマイナスがあるとしたら、重力にも、プラスとマイナスがあるはずです。
電流は、電子の自由な移動であり、プラスの電力と、マイナスの電力があります。
これに対して、物質のプラスとマイナスとはなんでしょうか。
それは、「ある」と「ない」です。
よって、「ない」から「ある」を作り出したり、「ある」から「ない」を作り出したりすることができたら、反物質は作ることができるかもしれません。
また、電流とは、自由になった電子の変化です。
これと同じような、反物質的な変化とは、陽子すなわち原子核の変化であると考えられます。
そして、原子核の変化とは、まさに核分裂や核融合です。
なので、僕は、反物質は核分裂だと思います。核分裂が自由にできるようになれば、反物質的な作用は得られるだろうと思います。
2023.01.15
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