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2023年03月28日

Alchemy of Actor Biochemistry 03 icon of chemistry periodic table 周期表

Alchemy of Actor Biochemistry 03 icon of chemistry periodic table 周期表

原子番号atomic number 核種 nuclide を区別する量の一つで原子核 atomic nucleus の中にある陽子の個数 。
電荷を帯びていない中性原子は、原子中の電子の数に等しい。
記号 Z(独語Zahl 「数,番号」)で表記。
現在、元素の正式名称が決定している最大の原子番号はOg. Oganesson オガネソンの118。

原子番号は元素の種類と対応、通常書くことはないが、明示する場合は元素記号の左に下付き添え字で書く。i.g. 炭素 carbon ; 6C


核種 nuclide/nuclear speciesとは、
原子核の組成、(核中の陽子の数、中性子の数 核のエネルギー準位)によって規定される
特定の原子の種類を言う。
核種は原子核の同位体やその他の性質を区別するために利用される。
放射能を持つ核種を放射性核種、そうではない安定した核種を安定核種と呼ぶ。

原子核の中の陽子の数は原子番号 Z で表し 元素の化学的性質を決定す。
また原子核の中の核子(陽子、中性子の総称)の総数(中性子の数+陽子の数)は
mass number 質量数 A と呼ばれ、これは個々の原子の原子量に最も近い整数となる。
中性子数 N は N = A - Z で求める。

核種nuclideを表示する記号は、元素の化学記号に対し原子番号を左下、質量数を左肩に付し。
i.g. 水素 hydrogen . 1H の同位体、質量数 2 の二重水素 deuterium 、



日本語で核種は、元素名の後ろに質量数を添える i.g.水素2、酸素16、炭素12。

英語では Helium-4 。



原子核のエネルギー準位の表記法

原子核には様々なエネルギー順位あり、
安定でない状態では通常1秒にも満たない極めて短い半減期でガンマ崩壊す、
まれに半減期が長い状態も存在す。
このエネルギー状態の異なる安定または準安定状態の事を核異性体といい、
これらは別の核種であると明確に区別。
i.g.臭素35は半減期18分でベータ崩壊が、
半減期4.4時間を持つ準安定状態の臭素35mも存在、後者が核異性体であり前者とは別物と区別。

半減期が短いものは通常そのまま表記されるが、
寿命が長いものにmetastable準安定状態の)という意味から"m"という文字を質量数のあとに付けて表記し、i.g.テクネチウム technetium 43Tc の99mは と表記。
核異性体が3つ以上あるときは、寿命が短いものから順にm1、m2、m3が付く。


自然界には約300の核種の存在が知られており、
そのうち約270種が放射能 Radioactivity を持たない安定した核種で残り約30種類が放射性核種。
放射能をもつ核種である放射性核種の崩壊生成物 Decay product は放射生成 radiogenic nuclide 核種と呼ぶ。


天然の放射性核種には3つの種類があり。

第1は、半減期 half-life (T1/2)が少なくとも地球の年齢(約46億年)の10%に達するもの。
これらは太陽系の形成以前の恒星にて生じた原子核合成 Nucleosynthesis の残りかす。
i.g. U.uran ウラン238(T1/2=4.5×109 y)、ウラン235(T1/2=0.7×109 y)などが天然に存在が、
ウラン235は、ウラン238に対して138倍も稀少。

第2はRa. radium ラジウム226 (T1/2=1602 y) 。
これらはウラン238、ウラン235やTr. thorium トリウム232などの
第1のグループの放射性崩壊の連鎖により形成される。

第3は炭素14といった核種、別の核種から宇宙線による核破砕 cosmic ray spallation により生じ。

核実験や原子炉などで人工的に生成可能である核種は2000種類以上知られており、
理論上存在が予想されているものを含めるとその数は約6000種類にも。



と たのしい演劇の日々

2023年03月06日

Alchemy of Actor Biochemistry 02 周期表icon of chemistry

Alchemy of Actor Biochemistry 02 icon of chemistry periodic table 周期表

周期表は原則的に、左上から原子番号の順に並ぶよう作成される。
周期表上で元素はその原子の電子配置に従って並べられ、似た性質の元素が規則的に出現す。

周期表の配列は、原子の中心に位置する核が保持する陽子の個数に基づいて付けられる原子番号順に並ぶ。
陽子が1個である水素から始まり、1マス進むごとに陽子が1つ多い元素記号を示しながら並ぶ。
周期律に沿って改行され、2段目・3段目…と順次追加。
そのため、左から右へ、また上から下へ行くにつれて原子番号が大きな元素が並ぶ。
原子には陽子数(原子番号)と同じ数の電子があり、それが陽子核のまわりに電子殻層を形成し存在。
この殻は複数あり、電子は基本的に内側から順番に埋まってゆく。
そして、最も外側にある電子(価電子)は化学反応などの変化においてやりとりがしやすく、
その個数が元素の性質を決める要因。

ところが、単純に電子殻を内側から埋めてゆく法則は、アルゴン(18)までにしか当てはまらない。
現在のところ電子殻が複数定められており、内側からK・L・M・N・O・P・Qと名称が続く。
それぞれには収まる電子の最大数が決まっており、
K殻=2個、L=8、M=18、N=32、O=50。
さらにこれは、構成原理に基づくエネルギー準位によって電子が順に埋まる電子軌道(亜殻)に分けられる。K殻は2個の電子が入る1s軌道、
L殻は2個の電子が入る2s軌道と6個の電子が入る2p軌道、以下、
M殻(3s軌道=2個、3p軌道=6個、3d軌道=10個)、
N殻(4s=2、4p=6、4d=10、4f=14)、
O殻(5s=2、5p=6、5d=10、5f=14、…)、
P殻(6s=2、6p=6、…)、
Q殻(7s=2、…)。
このうち第4周期において、4s軌道は3d軌道よりも先に電子が満たされる傾向である。
そのためカリウム(19)からニッケル(28)まではM殻に空席がある状態で
N殻の4s軌道に電子が配置され、これが最外殻として元素の性質を形作る。
そして、周期表のへこんだ中央部にあるこの元素群は表の横方向で近似した傾向を備え、
これらに該当する3–11族は遷移元素、このような特性は第4周期以降の長周期と呼ばれる部分で現る。
この現象が起こる理由について、M殻内の電子同士が負電荷で反発するために起こると説明す。


分類

族(group/family)
周期表における縦方向の集合。
この族は元素を分類する上で最も重要な方法と考えられている。
いくつかの族に当る各元素の特性は非常に似かより、原子量が多くなる方向で明らかな傾向が見られる。
この族名称、
アルカリ金属(alkali metals)、
アルカリ土類金属(alkaline earth metals)、
ニクトゲン(pnictogens)、
カルコゲン(chalcogens)、
ハロゲン(halogens)、貴ガス(noble gases)。
第14族元素など周期表におけるその他の族は垂直方向での近似性があまり見られず、
基本的に族の数字で表されることが多い。

現代の量子力学理論が要請する原子の構造は、族が持つ傾向で説明され、
特性ごとに分ける上で最も重要な要素に影響を与える原子価殻において
電子配置が同一である原子は同じ族に含まれる。
同じ族の元素グループには原子半径・イオン化エネルギー・電気陰性度の傾向にも近似性が見られる。
上から下に行くにつれ全体のエネルギー値が高くなるため、
原子価電子は原子核から遠くなってゆき、
元素の原子半径は大きくなる。
原子全体が電子を捕まえる力は強くなるため、
下に行くほどイオン化エネルギーは小さくなり、
同様に原子核と原子価電子の距離が長くなるにつれ電気陰性度も低くなる。



周期period

周期表のおける横方向の集合。
基本的に各元素の特性に族で示される程の似かよった所は無い、
例外的な箇所は、遷移金属と、特にランタノイドやアクチノイドにおいて、
水平方向で近似性を持つ特徴が相当す。
この周期は、最外電子殻が内側から何番目であるかを表す。

同じ周期にある元素は
原子半径、イオン化エネルギー、電子親和力、電気陰性度のパターンで似た傾向を示す。
左から右に行くにつれ、一般に原子半径は小さくなる。
これは、元素に含まれる陽子の数は段々と増え、それに応じて電子が原子核にひきつけられるため。
これに伴ってイオン化エネルギーは大きくなり、貴ガスで最大。
原子半径が小さくなると全体を捉える力が強まり、電子を引き剥がに必要なエネルギーが大きくなる。
電気陰性度も同じく核による電子の牽引力が増すため大きくなる。
電子親和力の周期内による変化傾向はわずかである。
周期表左側にある金属元素は一般に、貴ガスを除いて右側の非金属元素よりも電子親和力は低い。



periodic table blockブロック

最外殻電子が元素の特徴に大きな影響を与える点を考慮して周期表を領域で分ける分類、
「最後の電子」が存在する亜殻の位置に応じて名称がつく。
sブロック元素はアルカリ金属とアルカリ土類金属のふたつの族に水素とヘリウムが加わるブロック。
pブロック元素は残り6つの族(13–18族元素)が該当し、半金属はここに含む。
dブロック元素は3-12族元素に当る遷移金属を包括。
通常、周期表の欄外に置かれるランタノイドとアクチノイドはfブロック元素。



その他

元素は他の集合でも分類され、周期表の縦横またはブロックでも示しにくい場合がある。
金属・半金属元素と非金属元素の区分は暗示的にしか表現されない階段状の斜め線で区別される。
その線の右側が非金属元素、左側が金属元素で、間に半金属が挟まれる。
金属が持つ典型的特徴である電子を放出しやすい性質は、周期表の左下で強くなる。

また、単体が常温常圧下で取る物質の状態(固体・液体・気体)もブロックでは表しにくい。
全体の傾向は水素と右上のヘリウム付近(窒素から右、塩素から右および貴ガス)が気体であり、
例外的に液体の相となる臭素と水銀とフランシウムを除いた元素は固体。
このような分類は、マスや文字色などそれぞれの周期表で工夫をこらした表現で示される。

と たのしい演劇の日々

2023年03月02日

Alchemy of Actor Biochemistry 生化学 01

Alchemy of Actor Biochemistry 生化学 01

生化学の研究は、生化学に特有の技術を使用するが、
これらを遺伝学、分子生物学、生物物理学の分野で開発された技術や考え方と組み合わせる。
これらの分野の間に明確な境界線はない。
生化学は分子の生物学的活性に必要な化学を研究し、
分子生物学は分子の生物学的活性を研究し、
遺伝学はゲノムが担う分子の遺伝現象を研究する。

生化学 biochemistryは、
生体内で起こる化学物質と生命現象を研究す。
生化学は、生体分子の役割、機能、および構造に重点を置く。
生物学的過程の背後にある化学の研究や、生物学的に活性な分子の合成は、生化学の応用。
生化学は、原子および分子のレベルでの生命の研究。


遺伝学 geneticsは、
生物における遺伝的な差異がもたらす影響を研究す。
多くの場合、正常な構成要素(e.g, 構造遺伝子structural gene 1つの modifier gene )の欠如から
推測することができる。
変異体mutant いわゆる野生型 WT,wild type あるいは正常な表現型 phenotype と比較して
1つか複数の機能的構成要素を欠く生物の研究。
遺伝的相互作用 epistasis は、
このような「ノックアウト gene knockout 」研究の単純な解釈をしばしば混乱させる。


分子生物学molecular biologyは、
分子の合成、修飾、機構、および相互作用に焦点を当てた、生命現象の分子基盤を研究する。
遺伝物質がRNAに転写され、さらにタンパク質 protein に 翻訳される
という分子生物学のセントラルドグマ central dogma は、単純化されすぎてはいるものの、
この分野を理解するための良い出発点。
この概念は、RNAの新たな役割の出現によって見直されている。


化学生物学 chemical biologyは、
小分子 small molecule に基づく新しいツールを開発し、
生体系への影響を最小限に抑えながら、その機能に関する詳細な情報を提供することを目指す。
さらに、化学生物学では、生体分子と合成装置との非天然ハイブリッドを作り出すために
生体システムを利用(e.g,,遺伝子治療や薬剤分子を送達できる空のウイルスキャプシド virus-capsid;
ウイルスゲノムを取り囲むタンパク質の殻のこと )。


生物物理学biophysics)
生命システムを物理学と物理化学を用いて理解しようと試みる学際科学。
生物物理学は、分子スケールから一個体、果ては生態系まで、全階層の生物学的組織を研究対象とす。
生化学、ナノテクノロジー、生物工学、農学物理学、システム生物学と密接に関係し、
研究領域を共有することが多い。


分子生物物理学Molecular biophysicsは、
生化学や生物物理学が扱う生物学の問題に取り組むが、問題解決に対して定量的なアプローチを取る。
一細胞内におけるさまざまなシステム(e.g,RNA生合成、タンパク質生合成など)の間に起こる
相互作用の理解、およびこれら相互作用の調節機構の理解に挑戦する。
そしてこれらの問題を解くために、多種多様な実験手法が用いられる。

と たのしい演劇の日々
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