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炭素は何故生命の材料になれたのか


 どうもこんばんはライネです。
 昨日は炭素が生物の材料になっているという話を少ししましたが、
 化学的に見てみると、「そうなってしかるべき」理由があるようです。

 詳しくはこの後説明しますが、
 その理由とは炭素は「色々な元素と仲良くなれる力」が強いからなのだそうです。


 では順を追って説明しましょう。
 「元素(もしくは原子)」として、これまではそのものを単独で見てきたので、
 説明を省いていましたが、一部の元素を除くと単独で存在しているものは珍しいようです。

 例えば水素とヘリウムなのですが、電子だけに注目してみるとこんな感じになっています。

水素とヘリウム

 水素は電子の空席が1つ、ヘリウムには電子の空席はありません。
 特に一番外側にあたる場所において、空席がある状態というのはちょっと不安定なのだそうです。

 ゆえに、水素は水素同士がくっついたり、他の元素とくっ付いたりして、
 電子の空席を埋めようとする性質があるのだそうです。
 一方、ヘリウムはすでに単独で空席が無い状態なので、一匹狼でもへっちゃらなのだそうです。

水素とヘリウム2

 さて、では炭素がどうなっているか見てみると、
 炭素は6番目の元素ですので、陽子と電子は6こづつあります。
 電子のうち、2個は内側の軌道に入るので、一番外側の電子は4つあるわけです。

炭素

 そして、以前説明したように、その場所に入ることのできる電子の数は、
電子の数と距離
 なので、2番目に遠い電子の軌道には8個まで入ることになるわけです。
 よって、炭素の一番外側の電子は4個、そして空席も4個と言うことになります。


 この空席4個というのが実に都合の良いものなのだそうです。
 例えば、炭素同士で集まろうとした場合・・・

炭素のつながり

 ちょっと考えただけでもこんな繋がり方ができるわけです。
  ※実際にはこの話は3次元体で起きているので、作れないものもあります。


 他の元素を含めると、この関係は尋常じゃないくらい増えて、
 現在およそ2000万種類以上見つかっているそうです。

 それだけ多く変化する可能性がある炭素だからこそ、生命の材料に適していたと言う訳です。
 
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合言葉は「真面目な事を不真面目に!」
記事の真偽は自己責任でお願いします。

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