英語版クイズをもとにAIで日本語で作成しました。出典は日本語版ウィキペディアにリンクしています。
炭素は原子番号6の元素。ダイヤモンドやグラファイトといった単体から、生物の体をつくる無数の化合物まで、きわめて多様な姿をとる。 このクイズでは、名前の由来や発見の歴史、恒星の中での生成、地球上の循環、同位体と年代測定、同素体や工業的な用途までを幅広く出題する。 やさしい基本問題から、化学好きでも迷う難問までそろえた。
全30問の答えと解説。クイズで遊ぶ
Q 01炭素の原子番号はいくつ？
6
元素記号はCで、原子量は12.01。非金属元素であり、周期表では第14族、第2周期に属する。
Q 02二酸化炭素や炭酸、炭化物などを除く炭素の化合物の総称は？
有機化合物
生命活動で生産されるほか、化学の手で人工的にも数多く生み出されている。報告されている種類は1,000万種をはるかに超える。
Q 03ドイツ語で炭素を表す「Kohlenstoff」が意味するものは？
炭の物質
日本語の「炭素」という語は、著作『舎密開宗』で用いられたのがはじめとされる。
Q 04炭素14が初期の研究に用いられた、植物の営みはどれ？
光合成
その後は効果的な肥料の開発にも同位体が使われた。生物学や医学の分野でも、炭素14をマーカーにした分析法が数多く開発されている。
Q 05自然界に存在する炭素の同位体は何種類？
3種類
存在比は12Cが98.93パーセントと大半を占め、13Cが1.07パーセント、14Cはごく微量にすぎない。
Q 06石炭から作られ、燃料や製鉄に使われるほぼ炭素だけの物質は？
コークス
2006年度の世界生産量は4億7,800万トンにのぼり、その半分以上を中国が占めた。
Q 07炭素原子同士を非常に堅牢に結びつけている結合の種類は？
共有結合
この結びつきの強さのもとで、単体は自然物としてもっとも硬いダイヤモンドから、もっとも柔らかい部類のグラファイトまで幅広い形態を持つ。
Q 08グラファイトで重なり合う炭素の膜は、どんな形の平面構造？
正六角形
この膜は炭素同士がsp2混成軌道を形成してできる。電気伝導性が高く、軟らかいのが特徴である。
Q 09石炭粉やススの大量吸入が炭田労働者に引き起こしうる病気は？
塵肺
純粋な炭素そのものの毒性は非常に低いが、不溶性で化学反応も起こしにくいため、組織内に入り込むと長く残留する傾向がある。
Q 10放射性同位体である炭素14の半減期は約何年？
5,730
ベータ崩壊を起こして窒素原子に変化する。地球上での存在比は100京分の1ときわめて小さい。
Q 11フランス語「carbone」の由来となったラテン語carboが指すものは？
木炭
1787年にフランスの化学者ギトン・ド・モルボーが名づけた。英語のcarbonは、これが転じたものである。
Q 12炭素含有率が92〜98パーセントにもなる石炭の種類は？
無煙炭
商業的にも重要な炭素の供給元である。これに石油や天然ガスなどを加えた炭素資源は、そのほとんどが燃料として利用されている。
Q 131772年にダイヤモンドが炭素の単体であることを証明した化学者は？
アントワーヌ・ラヴォアジエ
燃焼させても水が生じず、重量あたり同じ比率の二酸化炭素が生じることを確かめて結論を導いた。
Q 14原子炉の炉心でグラファイトのブロックが果たす役割は？
Q 21可視光の99.965%を吸収する、カーボンナノチューブからなる物質は？
ベンタブラック
2019年にはMITが吸収率99.995%の同様の物質を発表し、記録を更新した。
Q 2212Cを原子量の基準とすることを1961年に決定した国際機関は？
IUPAC
アボガドロ定数などの基礎的な定数も、これをもとに算出された。2019年に改訂されたSIではアボガドロ定数が定義値となり、12Cは用いられなくなった。
Q 23核スピンを持つ13Cが重要な核種となっている分析法は？
核磁気共鳴分光法
13Cは放射能を持たないため、取り扱いの難しい炭素14に代わる分析法にも用いられている。自然界での存在比は1.07パーセント。
Q 24「炭素」という日本語を著作で初めて用いたとされる人物は？
減速材
中性子の速度を下げる働きをする。RBMK-1000やコールダーホール型などの原子炉がこの方式で、ほかに電池の電極やるつぼ、塗料にも使われる。
Q 15アイスマンの体に死後5200年間消えずに残っていたものは？
入墨
炭素は不溶性で消化液の酸にも変化せず、いったん組織内に入ると長く残留する。カーボンブラックは初期の素材のひとつだったと想像されている。
Q 16炭素原子の生成に3重衝突が必要となる、ヘリウムの原子核の別名は？
アルファ粒子
この衝突には約1億度の熱が必要となる。ビッグバンでは宇宙が膨張してすぐに急速に冷えたため、炭素は生成されなかったと考えられている。
Q 17ススなど、結晶構造を持たないアモルファス状態の炭素の呼び名は？
無定形炭素
工業的に重要な炭素繊維や活性炭も、この種類に含まれる。
Q 181779年にシェーレが否定した、グラファイトの正体とされた金属は？
鉛
1786年にはベルトレー、モンジュ、ヴァンデスモンドの3人が、グラファイトは炭素であることを明らかにした。
Q 19植物が光のエネルギーで二酸化炭素から炭素を固定する回路の名は？
カルヴィン回路
植物は呼吸によって二酸化炭素を放出もしている。動物は植物を食べて炭素を取り込み、呼吸によって一部を排出する。
Q 2018世紀に天然のダイヤモンドが発見された南米の国は？
ブラジル
歴史的には南インド産が有名だった。その後は南アフリカでも採掘され、主要産出国にはロシアやボツワナ、オーストラリアなども名を連ねるようになった。
宇田川榕菴
用いられた著作は『舎密開宗』。フランス語の「carbone」が名づけられたのは1787年のことである。
Q 25恒星内のヘリウム燃焼過程で炭素を生み出す反応の名は？
トリプルアルファ反応
この反応はエネルギーを放出しながら進む。生まれた炭素は主系列星の内部で、星のエネルギー放射にも一役買っている。
Q 26密閉容器のダイヤモンドを燃焼させ、炭素の同素体だと示した実験の道具は？
虫眼鏡
燃焼後に生成されたのは二酸化炭素だけだった。同じ同素体でもグラファイトは軟らかく電気をよく通し、性質はまったく異なる。
Q 27グラファイトから人工ダイヤモンドを作る技術が実現したのは何年ごろ？
1953年
3000℃、13万気圧という条件下で実現した。取り組みそのものは19世紀後半から始まっており、年間1億カラット以上が生産されるまでになった。
Q 28無酸素状態で熱分解すると炭素繊維になる原料は？
アクリロニトリル
こうして作られる繊維は軽くて強度や弾力に優れ、船舶や航空機、宇宙船からスポーツ用具まで、金属を代替する素材として使われている。
Q 29地球の地表と海洋の元素分布で、炭素が占める重量比は？
0.08%
これはチタンやマンガンを下回る値である。生命は自然界にあるわずかな炭素をかき集めて、かろうじて成立しているともいえる。
Q 30炭素の微細粒子が致命的な毒性を発揮する生物は？
ショウジョウバエ
炭素の低毒性は地球の生物のほとんどに当てはまるが、若干の例外がある。人でも、ディーゼルエンジンの排出ガスに含まれる微細な粒子は肺に蓄積し、悪影響を与える可能性がある。