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「無機化学」とはなにか?

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初めて投稿するみねと申します。無機化学系の数少ないブロガーとして記事を書かせて頂きたいと思いますのでよろしくお願いします。

さて、「無機系」と申しましたが、これがえらい問題でして、「無機化学ってなに?」と聞かれると、説明するのに困ってしまうのです。

まず自己紹介代わりに、この「無機化学」について、区画整理をしたいと思います。

無機化学とは何か

wikipediaでは、無機化学は

「無機化学(むきかがく、英語:inorganic chemistry)とは、研究対象として元素、単体および無機化合物を研究する化学の一分野である。通常有機化学の対概念として無機化学が定義されている為、非有機化合物を研究対象とする化学と考えて差し支えない。」

「無機化学では炭素以外の全周期表の元素を取り扱い、炭素を含む化合物であっても有機化合物とは見なされない炭素の同素体や一酸化炭素などの化合物も含まれる。有機化合物はおよそ地表にのみ存在するのに対して、地球はほとんどが無機物質で構成されているといっても過言ではない。工業的にも鉄鋼やセメント、ガラスなどの無機工業製品は生産トン数で考えた場合には有機工業製品を圧倒している。しかし、その多様性と複雑性のため、すべての元素の性質を簡単な理論で説明できるわけではない。」

とありますが、これでは何が何やらわかりません。

これは、現実には「有機化学」「計算化学」は研究分野も表しているのに比べて、「無機化学」というのは研究分野を表している言葉ではない、というか広すぎる言葉なためです。

ということで、私から見る「無機化学」とは、次の9分野に当てはまる材料を扱う学問を指します。

無機化学の扱う「材料」

1, 酸化物・窒化物・ハロゲン化物などの「無機固体」

2, ホウ素化合物、ヘテロポリ酸などの「ディスクリートな無機物」(無機分子)

3, 有機との境界領域「有機金属」

4, 金属錯体を扱う「ディスクリートな錯体」(錯体分子)

5, 配位高分子などを扱う「固体錯体」

6, モノはなんでもよいがそれを小さくした「ナノ粒子」

7, 物質の表面での現象を追いかける「表面化学」

8, ポリマーの動き、配列、相転移を扱う「ソフトマテリアル」

9, フラーレン、カーボンナノチューブなどを扱う「カーボン材料」

無機物というと、どうしても上記の1をイメージしがちですが、実際にはそれは無機物の中のごくごく一部なのです。

補足が大量に必要ですが・・・

補足1) ディスクリートとは、「バラバラな」という意味です。例えばNaClは分子として考えるのは難しく、四方八方の大量のイオンとの相互作用を考慮する必要があります。一方、CO2は固体にもなりますが、気体状態では隣の分子との相互作用をとりあえず無視することもできますし、NaCl水溶液においては、Naイオンは隣のNaイオンの影響をとりあえず無視して、周りの水との相互作用だけ考えることもできます。こういう、隣の分子の影響を無視して、分子・イオンだけを考えてよいものを「ディスクリート」といいます。

補足2) この定義もいい加減で、たとえばディスクリートな物質はほとんどナノ粒子と呼んでもよいですが、研究者の間では、今は分離して考えています。フラーレンを2に、カーボンナノチューブを1や8に加えることも可能でしょう。

補足3) 有機金属とは「金属-炭素結合」を持つもの。それ以外の結合だけでできるものを「錯体」と呼びます。しかしこれも近年では曖昧になっており、金属炭素結合をもつもので錯体と呼ばれているものもいっぱいあります。

補足4)ここに述べたものからは、地球科学分野などを除いております。あくまで「化学科・応用化学科の研究者から見た無機化学」について分類しました。

 超分子化学について

超分子化学は、現在は極めて重要な分野になっていますが、物質としてみると、ソフトマテリアル、ディスクリートな錯体、有機金属化学の3つに分けてしまうことが可能です。超分子はトポロジー、もしくはホスト-ゲスト化学という物性だと考えます。

他にも「自分は磁性屋だ」「光化学屋だ」「X線屋だ」と思っている人はたくさんいます。また物性に興味ない「合成屋」もたくさんいます。これら「物性」は、無機化学の「横軸」としてとらえ、下表の「横軸」にしました(分類上、合成も「物性」に含めています)。超分子の方、気を悪くなさらないでください。

 無機化学の縦軸と横軸

ということで、無機化学の研究を、材料と、物性で分けると、結局下の表のようになります。研究者はいずれかの材料の、いずれかの物性の研究をしております。

 

合成 構造解析 伝導性 磁性 触媒 反応解析 光化学 電気化学 生物化学 計算化学 ホストゲスト トポロジー
無機固体
無機分子
有機金属○
錯体分子
固体錯体
ナノ粒子
表面
ソフトマター
カーボン材料

 

丸がついているところは、良くやられている研究分野です。見て気づくのは

  •  合成と構造解析は化学の基本で常に重要。
  • 計算化学もあらゆる分野で重要になっている。
  • 無機物の華は伝導性と磁性。
  • 有機金属化合物は有機分野の研究者が入ってきており、触媒の研究が盛ん。
  • ホストゲスト化学、超分子はあらゆる材料において流行分野になっている。

といったところです。

 まとめ

というわけで、3年生や他分野の方に向けて、今の「無機化学」とは何か、説明してみました。この記事は正確な記述を書いた「辞書」ではなく、「流行を追いかけた週刊誌」としてとらえていただきたいと思います。現実にはwikipediaの定義通り、何でもあり、ということですが、これを読んでからwikipediaをもう一度見ると、行間が見えてくるのではないかと思います。

また、異論・反論いっぱいあると思いますので、ご指摘お待ちしております。

さて、私は個人ブログもやっており、そちらのアクセスを増やすべく日夜(研究の合間に)頑張っております。そちらも是非ご来訪下さい。

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