Transcript pptx - 齋藤研究室

421101 科目名 化学
農学部 応化
齋藤軍治
2012/4/10
○ 出席： 10回以上 (>2/3）
○ レポート： ５回程度
○ 期末試験： 授業＋レポートより出題
授業内容はHP(暫定）で紹介
http://saitolab.meijo-u.ac.jp/index.html
第一章 化学の歴史
出典 １）武田和子 「化学と人間の物語」河出書房1966
２）アイザック・アシモフ 「化学の歴史」 玉虫文一、竹内敬人訳
河出書房1967
３）フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
目的
１）社会と化学（科学）の変遷
２）化学の進化過程
３）HP(http://saitolab.meijo-u.ac.jp/index.html)で化学者のエピソード
などを紹介
A) 古代の工芸技術 前4000－前８世紀（メソポタミア文明）
B) ギリシャ・ヘレニズム・ローマ（前８－３世紀）
C) 4-16世紀 イスラム―インド―中国―ヨーロッパ 錬金術
D) 近代化学の誕生 (17 世紀―18世紀)
E)化学の拡大。隣接科学との融合(19世紀)
F)無節操的飛躍と基礎科学（２０世紀～）
A) 古代の工芸技術 前4000－前８世紀
（メソポタミア文明）
金属：金、銀、銅、錫 → 青銅 → 鉄 → 鋼
石・宝石、ガラス・うわぐすり、染料と顔料、薬、香料、毒
●「ものを焼く」、「金、銅など入手しやすいもので道具を作る」、「粘土
を焼き固める」など原始的な作業は「化学」にいれない・・・
体系化と知識の蓄積・応用により「化学・科学」となる・・・西暦紀元前
4000年ほど前
●エジプト（ナイル河）
●メソポタミア（チグリス・ユウーフラテス河）イラク・バグダッドの
南の都バブ・イル（バベル）→ バビロン → バビロニア文明
呪い・占い師（知識階級）・・加持祈祷、予言、天文（占星術）、自然現
象（気候）、医療、物質（金属、毒、医薬） → 化学は最も汚い業務
→ 職人・奴隷（金銀細工師、ガラス工、鉱夫、鍛冶屋（武器作成は高
等職）、鋳物師） 何も記録を残していない（サイエンスではない）
しかし、「物」を残す
1.金属加工品、武器、2.ガラスとうわぐすり、3.染料、４．薬、香料
バビロン（イラク）
17世紀のヨーロッパ人
が描いたバビロン想像図
復元されたイシュタル門
１．金属・合金 金属加工品 （戦争の道具）
●金→銅（エジプトではシナイ半島産の銅が金より古く知られていた）
孔雀石[Cu2(CO3)(OH)2 マラカイト] 青緑色鉱物（宝石）を
炭火で焼く→ 緑青 粉末孔雀石＋脂肪 → アイシャドウ
●鉛（紀元前3400）、銀
●青銅： 銅と錫の合金 硬くて強い（難点 重い 武器としては扱いに
くい）前2700-2000 錫の産出地（ギリシャ・英国他）と交易人（フェニ
キア人）→エーゲ海文明 シュメール人（鍛冶屋） 錫、アンチモン
●鉄 純粋な鉄の製造は困難・・隕石
貴重であり、あられ石（CaC
O3)、ラピスラズリ(Na-Ca-Al-Si-S-O-Cl、混合物、ウルトラマリンの原
料）といっしょに首飾り・・・前2000―1400年ころから ハッティ人（ヒッタ
イト、ヘテ）が鉄製武器でエジプトを悩ます、前1100年 アッシリア 鉄
器による侵略と記録
●真鍮： 銅と亜鉛の合金 中国 前2000年
ラピスラズリ：エジプト、シュメール、バビロニアな
どの古代から、宝石として、また顔料ウルトラマリ
孔雀石（マラカイト） Cu2CO3(OH)2 であり、 ンの原料として珍重されてきた。日本ではトルコ
銅製品にできるサビの緑青の主成分と同 石と共に12月のほかに９月の誕生石とされる。ラ
じである。皮膜状、粉状、微結晶の集合体 ピスはラテン語で「石」 、ラズリはペルシア語から
(塊状や層状など)などの形態で産出する アラビア語に入った “lazward”（ラズワルド: 天・
空・青などの意でアジュールの語源）が起源で
「群青の空の色」を意味している。石言葉は「尊
厳・崇高」など。
２．ガラスとうわぐすり
メソポタミア（アッシリア）・エジプト 前5000年―
●石英→薄緑色ガラス
● ＋孔雀石＋石灰→水色、藍色 “エジプシャンブルー”最古
の合成顔料の一つ
● ＋コバルト → 青紫
●炭酸ソーダ＋石英 → 加熱により透明ガラス
３．染料
●インド藍（indigo）: インド大青より 青色柱状結晶、水・アルコー
ルに不溶：繊維に染めるため、一度可溶状態にして（この場合は
還元体 無色）繊維に染めてから、空気中に放置し酸化する（建
染染料） ジーンズの青色
● クリムゾン：カイガラムシより、明赤色、現在はカルミン酸のAl,
Ca塩（カーミン色素、食品添加剤）、スクールカラー
● アリザリン：西洋茜の根から、赤色
建染（たてぞめ）染料・クリムゾンはHP参照
合成染料は19世紀の産物
1856 William Henry Perkin アニリンの酸化でモーブ染料（紫）
1869 茜染料 アリザリン, 1880 インディゴ BASF
色
名前
漢字・英語
同色・混同色
備考
#0F5474
あいいろ
藍色
インディゴ
アイで染めた色
#855896
#DC143C
B22D35
モーブ
クリムソン
あかねいろ
mauve
crimson
茜色
アニリンから合成される染料の色
ハーバード大学のスクールカラー
アカネの根で染めた色
インド藍でのジーンズ
４．薬・香料・毒
ミョウバン、ヒマシ油、天然ソーダ（防腐剤）、乳香（乳白色～橙色の
涙滴状の樹脂）、没薬 （赤褐色の涙滴状樹脂）
●ミョウバン：MIMIII(SO4) 2・12H2O[MI2(SO4), MIII2(SO4)3の複塩]で焼
いてできる無水物を焼きミョウバンという（食品添加剤）
殺菌剤、染色剤、防水剤、消火剤、沈澱剤、ナスの色付け、ウニの
保存剤として利用
乳香、没薬、毒ニンジン、ヒヨスはHP参照
没薬樹
ボスウェリア属植物の花
カリミョウバン
乳香
クロムミョウバン
B) ギリシャ・ヘレニズム・ローマ（前８－３世紀）
●ギリシャ文明 前８世紀～前３３８年マケドニア（フィリッポス王）侵
略： 頭脳（机上）派・・・天文、数学、哲学、しかし化学（奴隷、職人
の仕事）は進歩せず 四元素説：土、空気、火、水
◎デモクリトス（BC469-370） 原子論
◎プラトン(BC427-347)
◎アリストテレス(BC384-322)の四元素説（下図）＋天体
火(Fire)
アリストテレス
空気(Air)
土(Earth)
水(Water)
ガリレオ・ガリレイは太陽中心
説（地動説）をめぐって生涯ア
リストテレス学派と対立し、結
果として裁判にまで巻き込ま
れ る こ と に なった 。 古 代ギ リ
シャにおいて大いに科学を進
歩させたアリストテレスの説が、
後の時代には逆にそれを遅ら
せてしまったという皮肉な事
態を招いた。
●アリストテレスはマケドニア王子（フィリッポス王の息子）の家庭教
師 王子→アレキサンドロス三世
●ヘレニズム時代 (ギリシャ文明の拡散と古代オリエント文明との融
合）とアレキサンドリア（アル＝イスカンダリーヤ）前340－前30年の期
間
●自然科学の中心はアレキサンドリア：プトレマイオス（アレキサンダ
ー王の友人・部下、プトレマイオス一世 在位 前305-285）王朝～クレ
オパトラ７世（在位 前51-30） → ローマ帝国に併合
●プトレマイオス２世 （在位 前288-246）学問芸術のパトロンとなり
自然科学が隆盛、アレクサンドリア文学の黄金時代、 しかし、ヘルメ
ス主義による「まがい科学」が横行
●ローマ（帝国は前27年より、実用一点バリ、質実剛健、軍人国家）
工学・土木建築が進む 天文、数学、哲学は進歩せず 化学は置き
去り
アレキサンダー帝国
アレキサンダー大王
アレク
サンド
リア
プトレマイオス２世夫妻
アレクサンドリア図書館
クレオパトラ７世
ヘルメス主義（英語：Hermeticism）とは、主として、ヘルメス・トリスメ
ギストスという著者に仮託された古代の神秘主義的な一群の文献ヘ
ルメス文書に基づく、哲学的・宗教的思想の総称。ヘルメス文書で扱
われる、占星術、錬金術、神智学、自然哲学などを含み、日本語で
は神秘学の名で呼ばれるような概念にも近い。
例：三位一体＋錬金術 → 水銀＋硫黄＋塩
贋金つくりが横行（金+亜鉛、銀＋亜鉛、金＋銅、銅＋ヒ素（銀色））し
たため、３世紀末 贋金・偽宝石つくりに関するヘルメス術禁止令（皇
帝ディオクレティアヌス）
ヘルメス術の地下組織化と占星術・神秘主義の増強、アラビア、ヨー
ロッパへの浸透
中世錬金術に展開：エリキシル（エリクサー） 賢者の石 どんな卑金
属でも金・銀に変える、どんな病気でも治す。
C)４－１６世紀
イスラム―インド―中国―ヨーロッパ 錬金術
●イスラム錬金術
622年 イスラム教によるアラビア部族の統一とペルシャ、中央アジ
ア、シリア、エジプト、小アジア、北アフリカ、イベリア半島への進出
十字軍以降 錬金術（アルケミー）書の翻訳 アラビア語→ヘブライ語
→ラテン語
4元素説を踏襲。錬金術の試行の過程で、硫酸・硝酸・塩酸など、現
在の化学薬品の発見が多くなされており、実験道具が発明された。そ
の成果は現在の化学 (Chemistry) に引き継がれている。
●インド錬金術 ８世紀
化学の芽は無し
●古代中国から１０世紀
前11世紀―前10世紀 青銅、 前６世紀 鉄、ついで真鍮、亜鉛
前２世紀以降
シルクロードを用いた交易、文化交流
140年ころ 錬金術の書 硫黄、水銀、金、鉛などの化学反応
唐 618年 李淵―290年間 907年滅ぶ 唐時代は錬金術が隆
盛(道教が国教であり、神仙思想が占める)
紀元４世紀 抱朴子 不老長寿 唐の６人の皇帝は丹薬で中毒死
火薬、鉱物、樹脂、薬草、抽出法（毒、薬）、メッキ技術 しかし化学
にならず。
宋 朱子学（実践道徳） 錬金術落ちぶれる
化学の芽は無し
辰砂は硫化水銀(II)（HgS）からなる鉱物で、別名に賢者の石、赤
色硫化水銀、丹砂、朱砂、水銀朱などがある。日本では古来「丹
（に）」と呼ばれた。加熱で水銀を与える。HP参照
●中世ヨーロッパ （５世紀―１５世紀）
1000年かけて錬金術から化学の芽が
○395年 東ローマ（ビザンチン帝国1000年続く）、西ローマ（５世紀
にゲルマン民族の侵入で滅びる・・４世紀後半のフン族の侵入→
ゲルマン民族（ゴート族）の移動→西ローマ帝国簒奪476年→族間
紛争→８世紀末イタリア、ドイツ、フランスの基盤形成→11世紀イ
ギリス、北欧諸国）
○キリスト教 4-5世紀 ローマ帝国容認、11世紀 2つに分裂 ギリ
シャ正教（モスクワ）＋ローマン・カトリック（ヴァチカン）：後者が西
ヨーロッパ文化圏をまとめる（従って、宗教色の強い科学となる）
知識人＝聖職者
○学術の活発化 １２世紀 共通語（ラテン語）、大学（イタリア・ボ
ローニャ、フランス・パリ、イギリス・オックスフォード）
○十字軍（1095-1291）の働き：イスラム文化をヨーロッパに持ち込む
12-14世紀３人の錬金術師（本質的に宗教家）
○マグヌス(12-13世紀ドイツ ヒ素の発見)
○ベーコン（13世紀イギリス、オクスフォード大、パリ大に学ぶ、
大西洋を西にすすめ、さればアジアに到着する→コロンブス）
○ルル（13-14世紀スペイン 無水アルコールの作成法） 空想
的・典型的錬金術師 ルル主義者の元祖
医術化学 16-17世紀 科学的な展開が一部にある（正確な実験・
記述）ただし、まだ錬金術の域
○ヘルモント（16-17世紀 ガス、柳の実験（光合成の観測）、定
量的観測
○グラウバー（ヘルモントの一世代後、硫酸ナトリウム10水和
物は俗に芒硝あるいはグラウバー塩とよばれ。 入浴剤、下剤、
漢方薬）
詳しくはHP参照
D) 近代化学の誕生 (17 世紀―18世紀、主に英国・
フランス)この節以降は、各研究者の歴史（詳しくはHP参照）を見
ることで科学の歴史を探る
科学思考と定量実験、但し、まだ宗教臭の強い科学
第一期 ボイル、フック、キャベンディッシュ、プリーストリー(以上英)、
シェーレ（スウェーデン）
第二期 フロジストン説 シュタール（ドイツ）以降
第三期 ラボアジェ(仏)、フロジストン説の打破、酸素、化学方程式、
元素表、科学的命名法
●ボイル(英、1627-1691)ボイルの法則、元素の定義、原子論 貴族、
錬金術的思考（金属を元素と考えず、別の金属に変化できると考え
た）、神学、フックの師、7種の金属（金、銀、銅、鉄、錫、鉛、水銀）、
２種の非金属（炭素、硫黄）が古代より知られ、これらは元素である。
他に、中世の錬金術師により見出されたヒ素、アンチモン、ビスマス、
亜鉛は元素。 1661年 “疑い深い化学者”
●フック(英、1635-1703) フックの法則、顕微鏡による観察
”cell” を細胞の意味で初めて使用 きわめて幅広い科学者、性格
が悪く弟子がいない。ニュートンと激しく対立、ニュートンはフックの
科学業績や肖像画を消却
●シュタール(ドイツ、1659-1734) 医師、プロセイン王の侍医、フロジ
ストン説を提唱し、ボイル、フックの進めた科学的化学を逆行さ
せ、長期間すぐれた化学者の成長は止まる：1780年までにフロジ
ストン説はほぼ全ての化学者に受け入れられ、皆、フロギストン獲
得を目指す。
●キャベンディシュ(英、1731-1810)オームの法則、クーロンの法則
を発見。ただし発表せず。貴族、人嫌いの偏屈者、研究のみのす
ぐれた実験家。燃えやすい空気(水素)獲得。
●プリーストリー(英、1733-1804) フロジストンを抜いた空気（酸素）
獲得、アンモニア、塩化水素、一酸化窒素、二酸化窒素、二酸化
硫黄発見。電気化学、科学と神学、神学者、牧師、フロジストン信
奉者。
●シェーレ(スウェーデン、1742-1786)、火の空気（酸素）獲得、バリ
ウム、塩素、マンガン、モリブデン、タングステンの発見 アンモニ
アの合成。グリセリン、乳酸、クエン酸、シアン化水素、シュウ酸、
フッ化水素、酪酸、硫化水素を発見、薬屋、すぐれた実験家、若死
（薬品をなめる癖あり）、他の科学集団とは別個の研究生活。
●ラヴォアジェ(仏、1743-1794) 幅広い科学者、フロジｚトン説打破、
近代化学樹立、質量保存の法則、物質の命名法、化学方程式、
経済官僚、ロベスピエールによりギロチンで断首刑 “共和国は科
学者を必要とせず“、ベルトレ、デューマ、パストゥール、ベルセー
リウス、デーヴィーに影響を与える。
E)化学の拡大。隣接科学との融合(19世紀)
19世紀の化学：物理化学、原子論、分子、電気化学、電磁気学、
熱力学、有機化学、生化学、不活性ガス
●ボルタ(イタリア、1745-1827) 電池
●シャルル(仏、1746-1823) シャルルの法則、気球乗り
●ベルトレ(仏、1747-1822) ラヴォアジェの友人・弟子、物質の命
名法、プルーストと定比例の法則で論争し負ける。ナポレオンの
エジプト遠征に同行
●プルースト(仏、1754-1826) 定比例の法則
●ドルトン(英、1766-1844) ニュートン信奉者、色盲、倍数比例の
法則
●アヴォガドロ(イタリア、1776-1856)アヴォガドロの仮説、分子
●ゲーリュサック(仏、1778-1850)ベルトレの弟子、気体反応の法
則
●ベルセリウス(スウェーデン、1779-1848)化学で落第点の大化学
者、アルファベット式化学記号、ヴェーラーは弟子、陰気で一徹で
ありデーヴィーと気が合わず。有機化学開始
●デーヴィー(1778-1829) 研究と遊びの達人、電気化学、ファラディー
は弟子、多くの元素を発見・単離、笑気ガス中毒、一酸化炭素の吸
引実験で視線をさまよう、三塩化窒素で視力（デュロンの負傷も
NCl3 の爆発）を損ない助手を雇う（ファラディー）。
●デュロン(仏、1785-1838)ベルトレの学生、片目、片方の手に指がな
い
●プティ(仏、1791-1820)ベルトレの学生・・デュロン・プティの法則
●ファラディー(英、1791-1867)化学、電磁気学など幅広い研究・教
育、ファラディーの法則
●ヴェーラー(独、1800-1882) 有機化学の創始、尿素
●リービッヒ(独、1803-1873)有機化学、実験教育、偉大な頑固もの
●フランクランド(英、1825-1899)原子価
●ケクレ(独、1829-1896)有機化学、夢とベンゼン
●ファント・ホッフ(オランダ、1852-1911)正四面体炭素原子、反応速度、
ノーベル賞
●ファン・デル・ワールス(オランダ、1837-1923)ファンデルワールス方程
式、ノーベル賞
●ヴェルナー(スイス、1866-1919) 配位化合物、ノーベル賞
●フィッシャー(独、1852-1919)単糖類、ノーベル賞、偉大な化学者
●マイヤー(独、1830-1895)元素の周期性
●メンデレーエフ(ロシア、1834-1907)(1834-1907)周期律、女性教育
◎周期律の提案のち、化学的に獲得できない（化学反応しない）原子分
である不活性ガスが見いだされる。
●レーリー(英、1842-1919)アルゴンの発見、ノーベル賞
●ラムゼー(英、1852-1916)不活性ガスの発見、ノーベル賞
◎ついで、電子（ストーニー、クルックス、ジョゼフ・トムソン）、X線（レント
ゲン：電磁波）、放射線（ベックレル）の研究が、20世紀の科学の出発点
である原子構造につながる（キュリー、ラザーフォード・・a, b, g線）
●日本の化学者 宇田川 榕菴(1798-1846) 舎密開宗
F)無節操的飛躍と基礎科学（２０世紀～）
１．原子の成り立ち：レントゲン、ベックレル、キューリ(1911) 、ラザ
フォード、モーズリー、ユーリー（重水素、 1934）、キューリ(1935)、
チャドウィック（中性子1935）、ハーン、シーボーグ
２．量子力学 ：プランク(1918), アインシュタイン(1921)、ボーア
(1922)、ドブローイ(1929)、ハイゼンベルグ(1932)、ゾンマーフェル
ト、シュレーディンガー(1933)、ディラック(1933)、ハイトラー、ロンド
ン、パウリ(1945)、ボルン(1954)、スレーター、ウィグナー(1963)、
朝永(1965)、ファインマン(1965)
量子化学：ヒュッケル、ルイス、ポーリング(1954)、マリケン(1966)、
福井(1981)、ホフマン(1981)、コーン(1998)
３．結合：イオン結合：マーデルング、ボルン、ハーバー、共有結合：
ポーリング他多数、金属結合：ゾンマーフェルト他多数、ファン・デ
ル・ワールス結合
４．熱力学：19世紀：ル・シャトリエ、カルノ、ジュール、クラジウス、ク
ラペーロン、ヘルムホルツ、ケルヴィン（トムソン）、ファントホッフ
(1901)、アレニウス(1903)、オストヴァルト(1909)、20世紀：ネルン
スト(1920)、ボルン・ハーバーのサイクル、オンサーガー(1968) 、
ブリゴジン(1977)
５．化学反応：ポラニー(1986)、ウッドワード・ホフマン・福井、平衡：
酸・塩基 ブレンシュテッド、ローリー、ルイス、ピアソン、ハメット、
統計：ボルツマン、フェルミ、ボース、アインシュタイン、連鎖反応
(1956)、高速化学反応(1967) 、遊離基スペクトルスコピー（ヘルツ
ベルグ 1971）
６．構造：ラウエ（1914)、ブラッグ(1915)、デバイ(1936)、ホジキン
（1964、生化学物質）、フィッシャー・ウィルキンソン（有機金属錯塩
1973）、リブスコム（ボラン、1976）、核酸の基本構造(1980)、巨大
分子微細構造(1982)、光合成反応中心(1988)
７．固体・金属・超伝導：固体物理、固体化学、材料化学：ロー
レンツ(1902)、ゼーマン(1902)、フェルミ(1938)、ブロッホ
(1952)、ショックレー(1958)、ワイス、ネール(1970)、江崎
(1973)、モット(1977)、アンダーソン(1977)、ヴァンブレック
(1977)、超伝導：オンネス(1913)、バーディーン(1972)、クー
パー(1972)、シュリーファー(1972)、ジョセフソン(1973)、クリッ
ツィンク(1985)、ベドノルツ(1987)、 ミューラー(1987)、ギンズ
ブルグ(2003)
８．界面、表面：ラングミュアー(1932)
９．測定技術：電気炉 モアサン(1906)、質量分析 アストン
(1922)、有機微量分析 プレーグル(1923)、ラマン分光（ラマ
ン 1930）、サイクロトロン(ローレンス1939)、高圧 ブリッジ
マン(1946)、ＮＭＲ（ブロッホ 1952）、位相差顕微鏡（ゼルニ
ケ、1953）、ペーパークロマト（アミノ酸分析 1952）、ポーラロ
グラフィー(1959)、メスバウアー(1961)、レーザーの開発
(1964)、分子、原子の観測と操作・・電子顕微鏡・ＳＴＭの開
発(1986)、ＡＦＭ，田中(2002)
１０．高分子、衣料、機材：シュタウディンガー(1953)、ツィグ
ラー・ナッタ(1963)、フローリー(1974)、ヒーガー・マクダイア
ミッド・白川(2000)
１１・機能材料
色素：バイヤー(1905)、エレクトロニクス：トランジスタ（ブラッ
テン・バーディーン・ショックレー(1956)、液晶（1888ライニッ
ツァー・レーマン）、エネルギー材料、触媒（グリニャール
(1913)、ボッシュ(1931)、ツィグラー・ナッタ(1963)、野依
(2001), 根岸・鈴木(2010)、クラウンエーテル（ペダーセン
1987)、クリプタンド（レーン1987)、分子認識（クラム1987)、
フラーレン（クロトー・スモーリー・カール(1996)、ナノチューブ
（飯島）、グラフェン（ガイム・ノボセロフ 2010）
１２．生化学、生命化学、医薬、農薬 （糖 フィシャー(1902)、クロ
ロフィル ウィルシュテッター(1915)、空中窒素固定法 ハー
バー・ボッシュ、胆汁酸 ウィーラント(1927)、ステリン類(1928)、
アルコル発酵(1929)、血液色素(1930)、ビタミン(1937,1938)、
性ホルモン(1939)、食糧保存(1945)、酵素(1946)、アルカロイ
ド(1947)、血清タンパク質(1948)、抗原抗体（ポーリング
1954）、合成ホルモン(1955)、ヌクレオチド(1957)、インシュリ
ン(1958)、炭酸同化作用（カルビン、1961）、リボ核酸分解酵
素（1972）、生体内エネルギー伝達（1978）、
１３．環境化学 クルッツェン・モリーナ・ローランド(1995)
１４．宇宙化学
第１回目 レポート
１．染料と顔料
２．量子化学のライナス・ポーリング（Linus Pauling）