反応性非金属

私たちの体をつくる元素

人体の質量の約96パーセントは、酸素、炭素、水素、窒素のわずか4元素で占められている。これにリンと硫黄を加えた6元素が、DNAやタンパク質から脂肪や糖まで、生物のほぼすべての分子をつくっている。このグループの7番目のメンバーであるセレンは、細胞を損傷から守る酵素のために、ごく微量必要とされる。

与えるのではなく共有する

金属は電子を手放しやすい。反応性非金属はその逆で、最外殻がほぼ満たされており、電子を受け取るか、より多くの場合は共有結合によって電子を共有することで殻を完成させる。電子対を共有した2つの原子は互いを強く結びつけるため、これらの元素はO₂、N₂、H₂O、CO₂のような独立した分子をつくる。

その筆頭が炭素である。共有できる電子を4個もつ炭素は、自分自身と結合して、ほぼ無限の長さの鎖や環、シートをつくることができる。これが、有機化学で研究される何百万もの化合物を生み出している。

ひとつの元素、いくつもの姿

いくつかの反応性非金属は、同素体と呼ばれる異なる構造をとり、それぞれ驚くほど異なる性質を示す。

• 炭素：天然で最も硬い物質ダイヤモンド、やわらかく滑りやすい黒鉛、グラフェンやフラーレン
• 酸素：私たちが呼吸するO₂と、紫外線から私たちを守るオゾンO₃
• リン：白リンは空気中で発光し自然発火する。赤リンはマッチ箱に使えるほど安定している
• 硫黄：黄色の結晶。融けた硫黄を水に注ぐとゴム状の褐色の形態になる

地球を支える循環

これらの元素は、大気、水、岩石、生物のあいだを絶えず移動している。植物は空気中の二酸化炭素を取り込んで糖に変え、動物や分解がそれを大気に戻す。細菌は空気中の窒素を植物が利用できるかたちに固定し、20世紀初頭からはハーバー法が工業的に同じことを行って、世界で栽培できる食料を2倍以上に増やした。現在では人間の活動がこれらの循環を地球規模で変えており、その最も目に見える例が大気中への二酸化炭素の放出である。