化学

化学の「固体の構造」では、結晶の中で粒子が規則正しく並ぶ様子を、単位格子という小さな箱で表します。学習指導要領の解説は、塩化ナトリウムのイオン結晶を例に挙げています。単位格子の 1 辺の長さが分かれば、結晶の密度を計算できます。

では、目に見えないほど小さい 1 辺の長さは、どうやって測ったのでしょうか。答えは X 線です。イギリスのローレンス・ブラッグは、22 歳だった 1912 年 11 月に、ある理論を発表しました。結晶に当てた X 線の反射から、原子が並ぶ間隔を求める理論です。父が設計した X 線分光器も使い、父子で結晶の中を調べていきます。

調べてみると、食塩の結晶の中に、NaCl という分子はありませんでした。ナトリウムイオンと塩化物イオンが、交互に並んでいるだけだったのです。高校で学ぶイオン結晶の姿は、X 線で確かめられたものです。ローレンスは 1915 年、25 歳でノーベル物理学賞を受けました。

大学の化学科では、この方法を発展させた X 線結晶構造解析を学びます。新しく合成した物質の結晶に X 線を当て、原子 1 つひとつの位置を決める方法です。下の密度の計算は、その最初の一歩にあたります。

化学の芳香族化合物の単元では、ベンゼン環にアミノ基が付いたアニリンを学びます。さらし粉の水溶液で赤紫色になる反応や、アゾ染料をつくる反応も出てきます。学習指導要領の解説は、アゾ化合物などの染料としての利用を、化学が果たす役割の例に挙げています。

1856 年の春休み、ロンドンの王立化学大学で学ぶ 18 歳のパーキンは、マラリアの薬キニーネをつくろうとしていました。先生のホフマンが、合成できればと話していた薬です。石炭のタールからとれる物質を使った実験はうまくいきませんでしたが、その途中で紫の色素ができました。モーブと呼ばれる色素です。

パーキンは翌 1857 年、先生の反対を押し切り、父の資金でロンドン近くに工場を開きました。モーブは、商品として売り出された最初の合成染料です。ここから合成染料の化学工業が始まり、やがて薬の産業も育っていきました。

大学の有機化学では、こうした反応を電子の動きから理解し、狙った分子を組み立てる有機合成を学びます。色素の研究は今も続いていて、衣類の染色だけでなく、ディスプレーや太陽電池の材料にもつながっています。思いどおりにいかない実験から、新しい物質が見つかることもあるのが、合成の面白さです。