ナポレオンのロシア遠征と錫（すず）について

ナポレオンのロシア遠征が失敗に終わった原因のひとつとして、錫（すず）の性質が挙げられています。

ナポレオン軍の兵士達の外套や上着、ズボンなどのボタンは全て錫で作られていて、これがロシアの冬の寒さによってボロボロになってしまい役立たなくなったことから、兵士達が冬の寒さに耐えられなかったのではないか、というのがそれになります。

※これはいわゆる「錫ペスト」と呼ばれる現象で、１３℃以下になると、金属錫が結晶状態の異なる灰色のもろいものに変化してしまうというものです。
（少し詳しく言うと、β錫（白色錫）からα錫（灰色錫）への変化になります）。


ただしこの話は、逸話としては大変興味深いですが、いくつかの点で信憑性は低いようです。

その理由としては、

・「錫ペスト」は北欧において何世紀も前から知られていた現象なので、そのような性質をもつ錫を兵士の制服にわざわざ使用したとは考えにくいこと。

・いくらロシアの冬が寒いとはいえ、「錫ペスト」の進行はかなりゆっくりなので、ここまでの劇的な変化は現れなかったはず（実際には－３０℃くらいで長期間保管されなければ起こらない）。

ということが挙げられます。


ナポレオン軍が錫を制服のボタンに使っていたかどうかは別としても、化学の知識と歴史の知識をあわせて考えると、様々な面白いことが見出せると思います。

歴史を読む際に、化学的な側面についても考えて見ると楽しいかもしれません。

ナイアシンについて

ナイアシン (Niacin) はニコチン酸ビタミン (NIcotinic ACid vitamIN) の略称で、現在はビタミンＢ3とも呼ばれます。

ヒトの場合、食事からのビタミンＢ3が不足すると、皮膚炎、下痢、認知障害の３つの症状が現れるペラグラという病気になります。


この病気が栄養障害によるものだとわかってからは、このニコチン酸ビタミンが食品に添加されるようになりましたが、

製パン業者がこのビタミン添加の白パンを作ったときに、「ニコチン酸」という名前を「ナイアシン」と変えました。

これは「ニコチン酸」と、たばこなどに含まれる有害物質である「ニコチン」との混同を避けるためだったと言われています。


確かにこの化合物名だけではまぎらわしくて、よく知らない人には誤解を招いてしまいそうな感じがしますね。

手品の小道具

手品を見ていると、一瞬にして燃えて、灰などが残らずに跡形もなくなってしまう紙が出てくることがありますが、これはニトロセルロースという物質でできています。


紙を構成しているのは主にセルロースという物質ですが、

このセルロースの水酸基をニトロ化することで、ニトロセルロースが得られます。


ニトロ化の度合いが高いものは、火薬として用いられます。

一方で、手品で用いるようなものは、当然のことながらニトロ化の度合いを低めに抑えてあります。


なお手品用品としては、紙だけでなく、綿や紐の形状でも販売されているようです。

実際に燃やしてみると、マジシャン気分を味わえると思いますが、

くれぐれも火の取り扱いには注意してください。

人体に含まれている微量元素

先日、人体中に含まれている元素の一覧表を見ましたが、

予想外の元素が（ごく微量ではありますが）含まれていることに少し驚きました。


人体に必須の微量元素として、セレン（Se）やヨウ素（I）、コバルト（Co）などがありますが、

それらよりもわずかに高い割合で、カドミウム（Cd）や水銀（Hg）が含まれているということです。


私が見たのは1994年のデータのため、最近の調査結果ではこれと異なるのかもしれませんが、

やはり重金属のカドミウムや水銀を、ごく微量（※）とはいえ体内に保有しているというのは驚きでした。

※体重70kgの人の体内存在量として、カドミウムは50mg、水銀は13mg含んでいるというデータです。


ただし、今は解明されていないだけで、

もしかしたらセレンのように、（当初は有毒元素と言われていましたが、その後の研究で）人体には必須であることがわかってくるのかもしれません。

また、分析装置や測定法の進歩とともに、ごく微量の必須元素の存在がさらに明らかになっていくかもしれません。


そう考えると、まだまだ人体の神秘は尽きないように思います。

変わったタンパク質

メタロチオネインというタンパク質があります。

これは、重金属であるカドミウムが結合したタンパク質として初めて単離されたものですが、

今では、亜鉛、銅、鉛、銀、水銀、ビスマスなどの金属が結合できることがわかっています。


このタンパク質の発見の端緒としては、

亜鉛の結合したタンパク質があるのであれば、周期表で亜鉛の下にあるカドミウムが結合したタンパク質も存在するのではないか、

ということで研究が開始されて発見されたという逸話があります。


メタロチオネインは、金属 (メタル:metal）、硫黄(チオ:thio) を豊富に含むタンパク質（ネイン:nein）ということからこの名前が付きました。

硫黄をたくさん含んでいるのは、硫黄を持つアミノ酸であるシステインを多く含んでいるからです。


なお、気になるこのタンパク質の機能（役割）ですが、

・重金属の毒性軽減や、必要な微量重金属の蓄積
・亜鉛や銅の代謝調節
・抗酸化作用

などがあるようですが、まだわからないことも多いようです。

偶然がもたらすもの

化学でも、偶然が訪れる瞬間があります。

フレミングによるペニシリンの発見は、培養皿に偶然青カビが混入したことから始まっていますし、

加硫ゴムの発見は、グッドイヤーが硫黄を混ぜたゴムを暖炉の上に（意図せずに）放置しておいたことがきっかけです。

また、近い時代での例として、導電性ポリマーの発見の契機は、白川博士の助手が触媒を誤って通常の１０００倍加えてしまったことによるものです。


そのほかにも様々な事例がありますが、共通して言えることは、

その偶然から得られた結果を見逃さずに探求していったことが、新たな発見につながったということでしょうか。


もしかしたら（歴史には登場しませんが）、同じ偶然を他にも目撃した人がいたかもしれません。

偶然の出来事に対して、それをどう感じるか、そしてどう対処するかによって、その後の展開が全く変わってしまうということになります。


こういった事例を知って思うことは、

チャンスは準備ができている人のところにやってくる、ということなのかもしれませんし、

あるいは、それも含めて運命だった、ということなのかもしれません。


どちらの考え方も、それぞれ突きつめていけば興味深い方向に進んでいくと思いますが、

個人的には、すべてを運命で片付けてしまうのは少し強引かな、という気がします。

定性分析と定量分析

定性分析と定量分析の違いは、

定性分析が、対象となる分析試料（サンプル）に何が含まれているか、ということを明らかにする分析に対して、

定量分析は、対象となる分析試料の中に、何が、どれくらい含まれているか、ということを明らかにする分析になります。


一般的には、分析する試料中に何が入っているか、だけが必要な場合（定性分析のみでよい場合）はあまりなく、

大抵の場合において、何がどれだけ含まれているか、までが要求されるようになっています。


例えば何かの製品で不具合が起きた場合において、特に物質面からその原因に迫る場合には、どうしても定量分析が必要となります。

※定量的なデータがないと、原因の解明だけでなく、その対策についても具体性に欠けてしまうことになります。


最近では、機器分析の発達によって、試料をそのままの形で分析することができるようになりました（非破壊分析）。

ひと昔前では想像できなかったような方法で分析ができるようになってきているので、

今後も新たな分析手法が登場して、今の私たちが想像できないような形で分析が行われていくのだろうなぁ、と思っています。

摂氏と華氏

日常生活での温度の表記としては摂氏（セルシウス温度目盛り）と華氏（ファーレンハイト温度目盛り）があります。


摂氏（セルシウス温度目盛り）の方は、スウェーデンの物理学者セルシウスが考案したもので、

１気圧における氷の融点を０℃、水の沸点を１００℃として規定したものです。


もう一方の華氏（ファーレンハイト温度目盛り）は、ドイツの物理学者ファーレンハイトが考案したもので、

氷と塩化アンモニウムを用いた寒剤によって得ることができた、その当時の時点での最低温度を０°Ｆ、人間の体温を９６°Ｆとして規定したものです。


なお摂氏（Ｃ）と華氏（Ｆ）の変換には以下の式を用います。

　Ｆ ＝ ９／５×Ｃ ＋ ３２

※この式から、０℃は３２°Ｆ、１００℃は２１２°Ｆになることがわかります。


アメリカでは日常生活の温度表示がほとんど華氏なので、天気予報で気温が５９°Ｆですなどと言われると私などは一瞬びっくりしてしまいますが、

冷静に換算すれば摂氏で１５℃ですので、たいしたことではないということがわかって安心したりしています（笑）。

換算がうまく（すばやく）できれば、あまり気にならないものなのかもしれません。

いす形と舟形

シクロヘキサンやそれに関連する化合物のような六員環をもつ分子の形としては、大きく分けると「いす形」と「舟形」の２つになります。

どちらもその立体構造が「いす（chair）」や「舟（boat）」に似ていることから名付けられたものです。

※もちろん両者を折衷したような形もわずかに存在しますが、可能性としては低いということです。


シクロヘキサンを平面構造で書くと正六角形ですが、実際には６個の炭素原子すべてを同一平面上に置くことはできません。

またいす形の場合でも舟形の場合でも、それぞれの炭素がなす角はすべて109°28'となっていて、鎖状の飽和炭化水素と同じになっています。


なお、いす形の方が舟形よりも安定なので、（室温では）シクロヘキサンの大部分はいす形をとっています。

その理由としては、舟形の場合には両端の炭素についている水素原子どうしの距離が近くなりすぎるので、いす形に比べればエネルギー的に不安定となるためです。

※これについては、実際に分子模型を見てもらうと直感的にわかるのですが、立体的に書かれた構造式で考えてみても納得はいくと思います。


有機化学を学ぶ際のポイントのひとつとして、分子や化合物を立体的に見ることができると、理解が早まるような気がしています。

化学の実験室や研究室

化学の実験室や研究室が映像や写真で出てくる際の典型的なものとして、

赤や緑、青や黄色や紫などの色とりどりの液体が入ったフラスコと、

なぜかそこからもくもくと出ている白煙、

というのが定番ですが、

実際には、（ご存知の方も多いとは思いますが）そんなことはまずありません。

※本当の姿はもっと地味です。


顔料や染料、無機化学の錯体などの研究室を除いて、カラフルな化合物を扱うことはあまりありません。

多くの化合物は薄い黄色～褐色なので、写真を撮る際に際立つような色であることはまれです。


また、フラスコから白煙がもくもく出ているのは（こちらもご存知の方が多いとは思いますが）、ドライアイスなどで細工しているためで、

実際の実験室内において、煙が出るような実験をする際には、最低でもドラフトと呼ばれる局所排気装置の中で行います。

※そのため煙を出してそのまま放置しておく、などということはまずありえないということになります。


カラフルな色合いと、もくもく出ている煙というのは、一般の人にとって化学をイメージしやすいものではあると思いますが、

そろそろ本来の実験室や研究室をそのまま映した映像や写真が出てきてもよいように思います。

※様々な形のフラスコやいろいろな試薬瓶、数々の実験装置をそのまま見せる方が、より興味を持ってもらえるのではないかと思うのですが・・・。

理想気体と実在気体

高校の化学で気体について学びますが、それは理想気体（気体分子の体積や相互作用がないものとして考えたときの気体）になります。


いわゆる気体の状態方程式である

　ＰＶ ＝ ｎＲＴ

は、理想気体のものなので、

実際の気体について考える場合は、以下のように補正された状態方程式、

　｛ｐ＋（ａ／ｖ^2）｝（ｖ－ｂ） ＝ ＲＴ　　※気体１モルのとき

　｛ｐ＋（ｎ^2*ａ／ｖ^2）｝（ｖ－ｎｂ） ＝ ｎＲＴ　　※気体ｎモルのとき

を用います（これをファンデルワールスの状態方程式といいます）。


ここで、ａ と ｂ は気体の種類による定数で、ファンデルワールス定数と呼ばれます。

また、ａ/ｖ^2 は分子間力に、ｂは分子の体積に基づく補正項となります。


どの気体でも十分に低い圧力の下では理想気体に近づくので、理想気体の状態方程式でも使えないことはないですが、

やはり厳密に考える場合にはファンデルワールスの状態方程式を用います。


なお、一般的な気体については定数ａ、ｂがきちんと求められているので、その気体の臨界状態での関係式を用いることにより、定数ａ、ｂを消去した形にすることも可能となります。

この操作により、分子の大きさや分子間力を考慮しなくてもよい、変数のみから成る実在気体の状態方程式が導けます。

エマルション

エマルション（乳濁液、あるいはエマルジョンと呼ぶ人もいます）は、

互いに混ざり合わない２液相（水と油）の間で、一方の相がもう一方の相に微粒子状に分散しているものをいいます。


エマルションには、水が連続相であるｏ/ｗ（Oil in Water）型エマルションと、油が連続相であるｗ/ｏ（Water in Oil）型エマルションの2種類があります。

ｏ/ｗ型は水で希釈ができ、ｗ/ｏ型は油で希釈ができるので、これがその種類を識別する方法になります。


エマルションがｏ/ｗ型になるかｗ/ｏ型になるかは、水と油の比率や温度、使用する乳化剤の種類などによります。

※単純に水の方が多ければｏ/ｗ型、油の方が多ければｗ/ｏ型になる、というわけでもありません。


エマルションはもともと不安定な状態で、自然に生成される状態ではないため、なるべく長く安定させておくためには工夫が必要です。

多くの場合は乳化剤として界面活性剤が用いられますが、その選択の良し悪しと、分散している粒子の大きさが重要になってきます。


なお長期的に見ると、どんなエマルションもいずれは２相に分離してしまいますが、その過程としては、

分散している粒子同士がたがいに結合して大きくなったり、

粒子が浮上あるいは沈降してクリーム状になったりすることが挙げられます。


身近なエマルションの例としては、

牛乳やバター、化粧品の乳液やクリーム、水系の塗料や接着剤などが挙げられます。

絶対温度

気体を冷却していくと一定の割合で体積が小さくなっていきますが（シャルルの法則）、

仮にその気体が理想気体（気体分子の体積や、分子どうしの相互作用が無視できる気体）だとした場合、

-273℃まで冷却すると体積がゼロになります。

※シャルルの法則：一定の圧力のもとで、一定量の気体の体積は、温度が1℃上がる（下がる）ごとに、0℃の体積の1/273ずつ増加（減少）する。


そのため、この温度（-273℃）が最低温度となることから、これを０として新しく温度目盛りを設定したものが絶対温度（単位：Ｋ）です。

ケルビン卿（本名：ウイリアム・トムソン）によって導入されたことからケルビン温度とも呼ばれます。

なお現在では、0Ｋ＝-273.15℃と定義されています。


温度の高い方は、例えば太陽の表面温度が約6000Ｋ、中心の温度は約16×10＾6Ｋというように（たぶん）上限がないのに対して、

低温側は、わずかに-273℃で下限となってしまうということに、なんとなく不思議な感じを覚えるのは私だけでしょうか。

親水基と疎水基

有機化合物をつくる基（官能基、原子団）の中で、

水中で電離してイオンになるものや、電離はせずに水素結合で水和するものを親水基と言います。

その例としては、ヒドロキシル基（-ＯＨ）、アミノ基（-ＮＨ2）、カルボキシル基（-ＣＯＯＨ）などが挙げられます。

なお、一般的に親水基が多ければ、その化合物は水に溶けやすくなります。


また油との親和性が強く、水とはなじみにくい無極性の基のことを疎水基（親油基）と言います。

鎖状や環状のアルキル基やベンゼン環などがその例ですが、

一般的に炭素鎖が長くなったり、環状構造が多くなったりするほど疎水性は増加します（水となじみにくくなります）。


親水基と疎水基を同じ化合物のなかでうまくバランスをとるように配置することで、その化合物は界面活性剤としての機能を持つことができます。

どちらかというと油になじみやすい界面活性剤から、反対に水の方になじみやすい界面活性剤まで、様々な種類のものがつくられていますが、

これらはＨＬＢと呼ばれる親水性と疎水性のバランスを現したパラメータによって分類することができます。
（ＨＬＢが20に近いほど親水性、0に近いほど親油性となります）。

にがり

にがり（苦汁）は、海水から食塩（塩化ナトリウム）を取り除いた後の溶液のことです。

※海水からは塩化ナトリウムの方が先に結晶化するので、それをろ過するとにがりが得られます。


よく知られている用途としては豆腐をつくる際の凝固剤としてですが、

主成分は塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ2）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ4）などのマグネシウム塩で、カリウムや臭素も含まれています。

※このため、マグネシウム塩やカリウム塩、臭素などの製造原料としても用いられます。

なお日本では、イオン交換膜法によって食塩を製造することが増えたことから、古典的な製法で作られるにがりの製造量は少なくなっているものと思われます。


かつて、にがりがダイエットに効くということが言われていたようですが、

マグネシウムの許容上限摂取量が約0.7ｇ／日であることと、塩化マグネシウムの含有量だけでも、にがり100ｇあたりで16ｇ程度入っていることを考えれば、

ダイエットに効くからといってにがりを過剰に摂取することは、それ以前に健康によくないということがわかると思います。