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ダイヤと炭、その違いは? 炭素の秘密に迫る

夢ナビライブ2017名古屋会場にて収録

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ダイヤモンドと鉛筆の芯は同じ物質?

1分動画2

炭素原子の多彩な構造

1分動画3

X線で構造解析

30分動画

講義を視聴する(30分)

高校1年生 あまり化学は得意ではなかったけど今回の講義で関心が高まった。
高校1年生 ダイヤと炭についていままで共通点など考えたこともなかったが、今回の講義で関心が高まったのでよかった。
高校1年生 とても分かりやすかったです。きけばきくほど興味がわいてきてたのしかったです。
高校2年生 学校の授業でやったことを、より詳しく知ったり、大学でやるようなことを知れたので、少し興味が増したし、進路決めの参考になった。
高校2年生 私は、正直化学などは好きではなかったけど、この授業を受けて何故苦手か分かりました。それは、Whyが少ないからだと。なのでこれからWhyを増やそうと思いました。
高校2年生 静岡理工科大学に行きたいと思った。
高校2年生 大学での研究の様子をきくことができてよかったです。
高校2年生 ダイヤモンドとグラファイトの違いを理解できた。
高校2年生 化学の授業で理解できなかった内容があったので良かったです。
高校1年生 先生のお話はとても興味をもたせるおもしろいものでした。ありがとうございました。
高校1年生 原子の結合の違いであれほど硬度の差がでることは改めて不思議に思い興味が沸きました。身近にもカーボンは使われており、人の役に立つ研究だと思いました。
高校2年生 炭素の性質によって固かったりやわらかくなるということがよく分かった。このことは、今後の未来の躍進につながると思った。
高校1年生 難しかった。でも原子レベルで物質を考えるのにとても興味がある。
高校2年生 炭とダイヤなどの同素体の結合の違いによる強度や性質の違いを学んだ。
高校2年生 結合の仕方の違いによってかたさなどがかわることがわかった。
高校1年生 ダイヤはすごいかたいと分かった。
高校1年生 原子の核や、その構造によって、より固いものと、やわらかいものになることが分かった。
高校2年生 先生のお話しをきいて、物質科学に対する興味が深まりました。Bコーナーでもお話をたくさんきかせていただきました。-273℃より温度が下がらないという話や、超電導の話がとても印象に残りました。ありがとうございました。
高校2年生 自分の好きな分野だったのでとてもわかりやすかったです。またちがう授業もうけてみたいです。
高校1年生 ダイヤと炭の違いがわかってよかった。
高校2年生 炭素の多様性を学ぶことができた。
高校1年生 ダイヤも炭も炭素がもとになってできているのは知ってたけど、違いは知らなかったので勉強になりました。
高校1年生 理科が好きでこの講義を見ましたがものすごく興味のある話でとてもためになりました。
高校1年生 ダイヤと炭の違いが共有結合か分子間力による結合かで決まることが分かりました。
高校1年生 化学の興味をより引き出されました。化学をもっと学びたいです。
高校2年生 自分には難しかったが化学に興味がわいた。
高校1年生 むずかしい。
高校2年生 同じ炭素でも、ダイヤモンドと鉛筆の針のように、硬度が全く違うのは結合の仕方がちがうだけで大きな違いがないということ。
高校2年生 とてもわかりやすく、原子などについてとても興味をもてて楽しかった。
高校2年生 ダイヤと炭の違いがよく分かった。
高校1年生 難しい教室でしたが、今まで知らなかったことをたくさん知ることができたました。
高校2年生 話の内容は少々難しかったが、ダイヤと黒船の違いをよく理解できた。
高校2年生 前回受業でやっていたことなのですこし理解できた。
高校2年生 高校で習うことのさらに上を教えていることが分かりました。
高校2年生 授業で習った内容だったのでとても興味深く面白かったです。
高校1年生 説明もわかりやすく関心も高まったのでよかったです。
高校1年生 学校の化学の授業が大学でこんな風につかわれるのかと思い、とてもおもしろかったです。
高校2年生 原子の配列は変えられないものなのでしょうか?それが可能になったら、もっと自由に色んなものが作れそうなのに。
高校2年生 原子などのことをよりくわしくしれた。
高校1年生 同じ物質でも、ならび方や、結合のし方が変わることによって、ダイヤと炭ほどの違いがあることに、とてもおどろいたし、興味がわきました。
高校2年生 ダイヤと炭の違いがはっきりわかりました。構造の違いでこんなにも変わるとは思いませんでした。とてもわかりやすかったです。
高校1年生 少し難しい内容もあったけど、とてもためになった。
高校2年生 今までは何となく言葉でしか理解していなかったけどどういう原理や意味がしっかりと理解できたし楽しかった。
高校1年生 興味がわきました。おもしろかったです。
高校2年生 X線の利用法を知れてよかったです
高校1年生 高校で習わないようなことを知れとてもおもしろかったです。
高校1年生 わかりやすくて非常によかった。
高校1年生 知らなかったことをたくさん知ることができたので良かったです。
高校2年生 炭素でできていても結合で硬音が変わるのがおもしろいと思った。
高校2年生 難しい話でしたが、スクリーンに図で分かりやすく示されていてよかったです。
高校2年生 面白い分野ではあると思った。
高校2年生 少しむずかしかったが、興味をもてた。
高校1年生 話の内容は少し難しかったけど、炭素というのがよく分かった気がする。
高校1年生 最近やっていたのでダイヤモンドと黒鉛の違いを理解できた。カーボンナノチューブにも興味がわいたので調べてみたい。
高校2年生 今までダイヤと炭の違いにあまり気づいていませんでしたが、今回先生の講義を聞いて、あらためて原子について考えることができました。
高校1年生 原子の構造により物質が変わることが分かった
高校2年生 ダイヤモンドやカーボンナノチューブなどの構造等を理解できた。
高校2年生 ダイヤを作り出せるのではないかと思っていたけど、不可能だった。
高校2年生 X線・中性子線・電子線それぞれの違いがよく分かりました。ありがとうございました。
高校2年生 同じ原素から成り立っているのに違う強度になることにおどろいた。
高校2年生 僕は物質に関する研究に興味があったので受講させていただきました。ただ、自分が調べた事のある内容だったのであまり新発見はありませんでした。
高校1年生 とても聞きやすかった。なぜ同じ炭素原子でできていても硬さに違いがあるかわかった。
高校2年生 ダイヤと炭素の原子の並び方の違いがおもろかった。
高校2年生 実際に化学で習った内容であるから、興味をもちやすかった。
高校2年生 さいきん化学で習った内容が出たので楽しかったです。
高校2年生 実際に物ごとがどういう理屈で起こっているか考えることの大切さを学ぶことができました。
高校2年生 化学への関心が深まった。
高校1年生 結合のしかたによってやわらかい物質に変化したりかたい物質に変化したりと興味がわきました。
高校2年生 結晶構造解析についてよくわかりました。なぜ、自分たちは原子を見ることができないのか、ちゃんとして理由がきけてよかったです。
高校1年生 ダイヤと炭の違いをわかりやすく教えてくださってよく理解できました。
高校2年生 少し難しめの内容でしたがおもしろかったです。
高校1年生 ダイヤと炭は全然ちがうことが分かった。ダイヤはやはり高価(しろ)だと思った。
高校1年生 同じ原子から成るダイヤモンドと黒鉛について、深く考えていなかったけど、今回の講議でこの分野に興味をもてました。
高校1年生 同じ炭素でも何故、強度が違うのか理解できた。原子のモデルで見てみるとちがいがはっきりわかって驚きました。
高校2年生 学校でも少しならいましたがそれよりもくわしく知ることができました。
高校2年生 ダイヤモンドは最も硬い物質だということは知っていたが、炭素が最もやわらかい物質だということは知らなかった。
高校2年生 同じ原子なのに、なぜ固さが違うのかわかった。
高校2年生 化学の授業で既習の範囲もあったが空間の格子をつかった説明や後半の解説がとても興味深かったです。
高校2年生 同じ炭素原子からできる物質でも、結合の違いによって全く違う物質になることがわかりました。
高校1年生 難しい用語もあったが説明がわかり易かったので十分に理解する事ができた。
高校2年生 ちょうど学習した内容を深く知ることができておもしろかったです。
高校1年生 物質の構造によって性質が変わることがとてもおもしろいと思いました。もっと技術が確立して活用できたらと思います。
高校2年生 原子がどのように構成されるかによって物質の様子が大きく変わることがおもしろいと思いました。
高校2年生 温度で結合が変わったりするのにはおどろきました!
高校2年生 温度で結合とかが変化するのにはおどろいた。物質の認識の仕方のせつめいがわかりやすかった。
高校1年生 結合によって物質が変わっていくのはすごいと思いました。
高校1年生 元素などに興味があるので、苦手な物理を克服します!
高校2年生 ダイヤモンドと炭は化学式で「C」で同じだけどちがいがよく分かった。
高校2年生 貴重な話ありがとうございました。やはり理学はおもしろいです!!
高校1年生 それぞれの硬さは、分子の形で変わるのだなと思った。
高校1年生 原子の講造については理解できました。少し難しかった。
高校1年生 炭素の中でダイヤと炭との違いが聞けて面白かったです。
高校1年生 とても難しい内容をわかりやすく説明してくださってすばらしいと思いました。
高校2年生 化学基礎は習っているので分かる所が多くて、おもしろかった。X線解析については波長を利用しているのが、おもしろいと思った。
高校2年生 わかりやすくおもしろかったです。
高校2年生 電気会社がやっていたようなことを家庭で出来るような未来があることに驚いた。
高校2年生 興味が持てた。また受けてみたいと思った。
高校2年生 科学の授業で習った範囲だったのでほとんど知っていたが詳しく説明がされていて、わかりやすかった。
高校2年生 同じ炭素が元でも全く異なる物になる理由がよく分かりました。ありがとうございました。
高校2年生 ダイヤモンドは共有結合で炭素はファンデルワールスカの結合でダイヤモンドの方がかたいとわかった。
高校2年生 化学はあまり得意ではないけれど今回の講義で関心が高まりました。
高校3年生 化学は苦手だけど少しでも興味をもてるようになった。
高校1年生 ダイヤモンドと黒鉛とフラーレンとカボーンナノチューブの構造の違いが分かってよかった。
高校2年生 ミクロの世界までつきつめていく楽しさが実感できました。
高校1年生 こういうのに関わりたいと思った。
高校2年生 炭とダイヤモンドのちがいが分かり興味がわきました。
高校1年生 化学基礎の授業で習った共有結合などの部分が出てきて、内容をより深く理解することができました。
高校2年生 化学が苦手なのであまり理解できなかった。
高校1年生 むずかしかったけどわかりやすかった。
高校1年生 途中からだんだ話についていけなくなってしまいました。少ししか理解できなくてすみませんでした。
高校1年生 内容が少し難しくあまり理解できなかった。

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関心ワード
  • 鉛筆 、
  • グラファイト 、
  • ダイヤモンド 、
  • 光 、
  • 物性 、
  • X線(エックス線)・レントゲン 、
  • 結晶 、
  • 構造 、
  • 波長 、
  • 物質 、
  • 原子 、
  • 炭素

講義No.g008530

同じ炭素なのに、ダイヤモンドは硬く、鉛筆の芯が軟らかいのはなぜ?

ダイヤモンドと鉛筆の芯はどこが違う?

 宝石のダイヤモンドと鉛筆の芯(グラファイト)は、どちらも同じ炭素原子だけでできています。しかし、ダイヤモンドは鉱物の中で一番硬く、グラファイトは一番軟らかです。この違いはどうして生じるのでしょう?
 それは原子の配列や構造に違いがあるからです。ダイヤモンドは、1つの原子が必ず周りの4つの原子と「共有結合」で強く結びついています。一方のグラファイトは、横の結びつきはダイヤモンドより強い「共有結合」ですが、縦の結びつきは「分子間力」という弱い結びつきなので、力を加えるとシート状に離れてしまうのです。鉛筆で紙に芯を押しつけると、文字が書けるのはこの性質のためです。

波長が違えば、物質は見えない?

 物質の性質を知るためには、原子の配列や電子の分布の様子を調べることが手がかりになります。でも、原子は1億分の1cm程度の大きさなので、光を使った光学顕微鏡で見ることができません。なぜなら光の波長より原子のほうが小さいからです。波長とは、波が1回振動した時に移動する長さのことで、波には自分の波長より短いものを素通りする性質があるので、原子の数千倍の長さを持つ波長の光では、原子を見ることができないのです。そこで原子と同じくらいに波長が短いX線を活用して、結晶などの物質の構造を調べる研究が進んでいます。

X線で原子の配列と性質を調べる

 X線を、調べたい物質にいろいろな方向から照射すると、波特有の現象が現れます。例えば、海の防波堤を思い浮かべてみてください。波が狭い箇所を通過すると、その後に波が大きく広がったり、隣の狭い箇所から広がった波と重なったりします。それが波の「回折」と「干渉」です。これらの現象を利用して原子の配列や電子の分布が測定できるというわけです。
 物質の構造がわかれば、硬さ、電気の流れやすさや貯めやすさなどの性質である「物性」の理由を知ることができます。物性の理由のデータが蓄積されれば、そこから類推して、新しい化合物をつくることも決して夢ではないのです。

この学問が向いているかも X線結晶学、物理学

静岡理工科大学
理工学部 物質生命科学科 教授
笠谷 祐史 先生

メッセージ

 私の専門は、「X線結晶学」です。X線を使って、その物質の原子がどういう配列をして電子がどういう分布をしているかを調べることで、物質の性質がわかり、さまざまな分野に生かすことができます。
 自然科学の研究は、自然の中に答えがあります。また、いろいろな現象の中から、最も基本になっている法則を見つけ出すという楽しさがあります。あなたがもし自然科学に興味があるなら、ぜひ自分がやりたいと思っている分野に進んでください。

先生の学問へのきっかけ

 子どもの頃、原っぱや田んぼで遊ぶことが好きでした。まわりの自然を見て「なぜ」「どうして」と不思議に思っていました。
 学校では、数学や理科が好きでした。高校生の時に、湯川秀樹博士や朝永振一郎博士がノーベル物理学賞を受賞した素粒子について詳しく知りたいと思い、大学の物理学科を選択しました。
 ところが大学で、物質の最小単位である原子を中心に物質の構造や性質を調べる分野に興味がわきました。「その物質の性質がどうして起こるのか?」という「なぜ」がわかる、その面白さにひかれ、そのまま研究の道に進みました。

大学アイコン
笠谷 祐史 先生がいらっしゃる
静岡理工科大学に関心を持ったら

 静岡理工科大学は静岡県西部の袋井市にある、理工学部(機械工学科・電気電子工学科・物質生命科学科・建築学科)と情報学部(コンピュータシステム学科・情報デザイン学科)をもつ理工系・情報系の大学です。本学のある遠州地方には、「やらまいか」という言葉があります。モノづくりの精神を語る上で欠かせない言葉です。「やってみようじゃないか」という意味ですが、そこには「負けてたまるか」というような、反骨心がたっぷり含まれています。この地、この場所で学び、やらまいかスピリットを日本中に、世界中に広げていきましょう。