炭素と無定形炭素

ショートカット: 違い、類似点、ジャカード類似性係数、参考文献。

炭素と無定形炭素の違い

炭素 vs. 無定形炭素

炭素（たんそ、、carbon）は、原子番号 6、原子量 12.01 の元素で、元素記号は C である。 非金属元素であり、周期表では第14族元素（炭素族元素）および第2周期元素に属する。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る。 炭素-炭素結合で有機物の基本骨格をつくり、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。 英語の carbon は、1787年にフランスの化学者ギトン・ド・モルボーが「木炭」を指すラテン語 carbo から名づけたフランス語の carbone が転じた。ドイツ語の Kohlenstoff も「炭の物質」を意味する。日本語の「炭素」という語は宇田川榕菴が著作『舎密開宗』にて用いたのがはじめとされる。. 無定形炭素（むていけいたんそ）は、結晶構造を持たず、反応性に富む炭素である。無定形炭素物質は、末端を水素とのダングリングボンドとすることで安定化し、水素化無定形炭素と呼ばれる。全てのアモルファス固体と同様に、短距離での秩序は観察される。通常の無定形炭素はaC、水素化無定形炭素はaC:HまたはHAC、ダイヤモンドライクカーボンはta-Cという記号で表わされる。アモルファス炭素とも言う。.

ダイヤモンド

ダイヤモンド（ ）は、炭素 (C) の同素体の1つであり、実験で確かめられている中では天然で最も硬い物質である。日本語で金剛石（こんごうせき）ともいう。ダイヤとも略される。結晶構造は多くが8面体で、12面体や6面体もある。宝石や研磨材として利用されている。ダイヤモンドの結晶の原子に不対電子が存在しないため、電気を通さない。 地球内部の非常に高温高圧な環境で生成されるダイヤモンドは定まった形で産出されず、また、角ばっているわけではないが、そのカットされた宝飾品の形から、菱形、トランプの絵柄（スート）、野球の内野、記号（◇）を指してダイヤモンドとも言われている。 ダイヤモンドという名前は、ギリシア語の （adámas 征服し得ない、屈しない）に由来する。イタリア語・スペイン語・ポルトガル語では diamánte（ディアマンテ）、フランス語では （ディアマン）、ポーランド語では （ディヤメント）、漢語表現では金剛石という。ロシア語では （ヂヤマント）というよりは （アルマース）という方が普通であるが、これは特に磨かれていないダイヤモンド原石のことを指す場合がある。磨かれたものについては （ブリリヤント）で総称されるのが普通。4月の誕生石である。石言葉は「永遠の絆・純潔・不屈」など。.

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アモルファス

アモルファス、あるいは 非晶質（ひしょうしつ）とは、結晶のような長距離秩序はないが、短距離秩序はある物質の状態。これは熱力学的には、非平衡な準安定状態である。 は、（形を持つ）に「非」の意味の接頭辞 a‐ が付いた語（19世紀にスウェーデンのイェンス・ベルセリウスが非結晶の固体に対して命名した）。結晶は、明礬や水晶のようにそれぞれ固有の結晶形態を持っており、 である。しかし､急冷や不純物が混じった状態で出来た固体は、時間的空間的に規則的な原子配列が取れず非晶質となり、不定形である。 アモルファス状態は、非金属ではしばしば見られる状態である。しかし、金属にもアモルファス状態が存在することは、アメリカのポール・デュエイ カリフォルニア工科大学教授らが1960年に発見した。.

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カーボンブラック

ーボンブラックの外観 カーボンブラック（carbon black）は、工業的に品質制御して製造される直径3-500 nm程度の炭素の微粒子。化学的には単体の炭素として扱われるが、表面には様々な官能基が残存した複雑な組成を持ち、いわゆる無定形炭素と呼ばれるものに含まれる。.

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ガラス状炭素

ラス状炭素製の棒 ガラス状炭素(Glassy carbon)は、ガラスとセラミックの性質を併せ持つ非黒鉛化炭素である。最も重要な特徴は、高い温度抵抗、固さ（モース硬度7）、低い密度、低い電気抵抗、低い摩擦、低い熱抵抗、非常に高い化学抵抗性、気体や液体の不浸透性等である。ガラス状炭素は、電極材料やるつぼ、人工装具の部品等に用いられる。.

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グラファイト

ラファイト（graphite、石墨文部省『学術用語集 地学編』（日本学術振興会、1984年、ISBN 4-8181-8401-2、）の表記は「(1) セキボク、石墨【鉱物】 (2) 黒鉛【鉱石】」。、黒鉛）は、炭素から成る元素鉱物。六方晶系（結晶対称性はP63/mmc）、六角板状結晶。構造は亀の甲状の層状物質、層毎の面内は強い共有結合（sp2的）で炭素間が繋がっているが、層と層の間（面間）は弱いファンデルワールス力で結合している。それゆえ、層状に剥離する（へき開完全）。電子状態は、半金属的である。 グラファイトが剥がれて厚さが原子1個分しかない単一層となったものはグラフェンと呼ばれ、金属と半導体の両方の性質を持つことから現在研究が進んでいる。採掘は、スリランカのサバラガムワ、メキシコのソノラ、カナダのオンタリオ州、北朝鮮、マダガスカル、アメリカのニューヨーク州などで商業的に行われている。日本でも、かつて富山県で千野谷黒鉛鉱山が稼働していた。.

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石炭

石炭（せきたん、英：coal）とは、古代(数億年前)の植物が完全に腐敗分解する前に地中に埋もれ、そこで長い期間地熱や地圧を受けて変質（石炭化）したことにより生成した物質の総称。見方を変えれば植物化石でもある。 石炭は古くから、産業革命以後20世紀初頭まで最重要の燃料として、また化学工業や都市ガスの原料として使われてきた。第一次世界大戦前後から、艦船の燃料が石炭の2倍のエネルギーを持つ石油に切り替わり始めた。戦間期から中東での油田開発が進み、第二次世界大戦後に大量の石油が採掘されて1バレル1ドルの時代を迎えると産業分野でも石油の導入が進み（エネルギー革命）、西側先進国で採掘条件の悪い坑内掘り炭鉱は廃れた。 しかし1970年代に二度の石油危機で石油がバレルあたり12ドルになると、産業燃料や発電燃料は再び石炭に戻ったが、日本国内で炭鉱が復活することは無かった。豪州の露天掘りなど、採掘条件の良い海外鉱山で機械化採炭された、安価な海外炭に切り替わっていたからである。海上荷動きも原油に次いで石炭と鉄鉱石が多く、30万トンの大型石炭船も就役している。 他の化石燃料である石油や天然ガスに比べて、燃焼した際の二酸化炭素 (CO2) 排出量が多く、地球温暖化の主な原因の一つとなっている。また、硫黄酸化物の排出も多い。.

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炭素-炭素結合

炭素-炭素結合（たんそ-たんそけつごう、Carbon-carbon bond）とは、2原子の炭素間の共有結合のことである。もっとも一般的なのは単結合で、これは、2つの炭素原子由来のそれぞれ1つずつの電子で構成される結合である。炭素-炭素単結合はσ結合で、これは炭素原子の混成軌道間で構成される。たとえば、エタンの混成軌道はsp3混成軌道である。しかし、他の混成軌道でも単結合は現れる（例：sp2 to sp2）。事実、炭素-炭素単結合を作るとき、両方の炭素が同じ混成軌道である必要はない。また、炭素原子は、アルケンと呼ばれる二重結合およびアルキンと呼ばれる三重結合も形成する。二重結合は、sp2混成軌道によって構成され、1つのp軌道は混成に関与しない。三重結合はsp混成軌道によって構成され、2つのp軌道が混成に関与しない。混成に関与しないp軌道はπ結合に使われる。 炭素は他の元素と比べ、それ自身が長い連鎖を形成するというユニークな特性を持っている。炭素-炭素結合によって結びつけられた分子の種類は莫大な数に上る。炭素鎖によってできた分子は生命にとって重要なものであり、炭素の化合物は有機化学という一つの研究分野を形成している。.

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無煙炭

無煙炭（むえんたん）とは最も炭化度の進んだ石炭。炭素含有量90%以上。石炭化度が高く、他の石炭類と比較し燃焼時の煤煙や臭いが非常に少ない。比重は1.32-1.7。硬度は2-2.5。.

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水素

水素（すいそ、hydrogenium、hydrogène、hydrogen）は、原子番号 1 、原子量 1.00794の非金属元素である。元素記号は H。ただし、一般的には「水素」と言っても、水素の単体である水素分子（水素ガス） H を指していることが多い。 質量数が2（原子核が陽子1つと中性子1つ）の重水素（H）、質量数が3（原子核が陽子1つと中性子2つ）の三重水素（H）と区別して、質量数が1（原子核が陽子1つのみ）の普通の水素（H）を軽水素とも呼ぶ。.

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混成軌道

4つの ''sp''3混成軌道 3つの ''sp''2混成軌道 化学において、混成軌道（こんせいきどう、Hybrid orbital）は、原子価結合法において化学結合を形成する電子対を作るのに適した軌道関数（オービタル）である（これを原子価状態と呼ぶ）。混成（hybridization）は一つの原子上の原子軌道を混合する（線型結合をとる）概念であり、作られた新たな混成軌道は構成要素の原子軌道とは異なるエネルギーや形状等を持つ。混成軌道の概念は、第2周期以降の原子を含む分子の幾何構造と原子の結合の性質の説明に非常に有用である。 原子価殻電子対反発則（VSEPR則）と共に教えられることがあるものの、原子価結合および混成はVSEPRモデルとは実際に関係がない。 分子の構造は各原子と化学結合から成り立っているので、化学結合の構造が原子核と電子との量子力学でどのように解釈されるかは分子の挙動を理論的に解明していく上で基盤となる。化学結合を量子力学で扱う方法には主に、分子軌道法と原子価結合法とがある。前者は分子の原子核と電子との全体を一括して取り扱う方法であるのに対して、原子価軌道法では分子を、まず化学結合のところで切り分けた原子価状態と呼ばれる個々の原子と価電子の状態を想定する。次の段階として、分子の全体像を原子価状態を組み立てることで明らかにしてゆく。具体的には個々の原子の軌道や混成軌道をσ結合やπ結合の概念を使って組み上げることで、共有結合で構成された分子像を説明していくことになる。それゆえに、原子軌道から原子価状態を説明付ける際に利用する混成軌道の概念は原子価軌道法の根本に位置すると考えられる。 原子価結合法と分子構造.

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