第2章生命の化学的基盤
Section Summaryこの節のまとめ
Matter is anything that occupies space and has mass. It is comprised of elements. All of the 98 elements that occur naturally have unique qualities that allow them to combine in various ways to create molecules, which in turn combine to form cells, tissues, organ systems, and organisms. Atoms, which consist of protons, neutrons, and electrons, are the smallest units of an element that retain all of the properties of that element. Electrons can transfer, share, or cause charge disparities between atoms to create bonds, including ionic, covalent, and hydrogen bonds, as well as van der Waals interactions.
英語のヒント
物質とは、空間を占め、質量を持つあらゆるものであり、元素からできている。自然界に存在する98種類の元素は、それぞれ固有の性質を持つ。そのためさまざまな形で結合して分子を作り、分子がさらに組み合わさって細胞、組織、器官系、生物を形成する。原子は陽子、中性子、電子からなり、ある元素のすべての性質を保つ最小の単位である。電子は原子間で移動したり共有されたり、電荷の偏りを生じさせたりすることで、イオン結合、共有結合、水素結合、ファンデルワールス相互作用などの結合を作る。
Visual Connection Questions図を使った問題
Exercises 1–2練習問題 1–2
Exercise 1問題 1
Figure 2.3 How many neutrons do carbon-12 and carbon-13 have, respectively?
図2.3 炭素12と炭素13には、それぞれ何個の中性子があるか。
Solution解き方
Figure 2.3 Carbon-12 has six neutrons. Carbon-13 has seven neutrons.
図2.3 炭素12には中性子が六つ、炭素13には七つある。
Exercise 2問題 2
Figure 2.7 An atom may give, take, or share electrons with another atom to achieve a full valence shell, the most stable electron configuration. Looking at this figure, how many electrons do elements in group 1 need to lose in order to achieve a stable electron configuration? How many electrons do elements in groups 14 and 17 need to gain to achieve a stable configuration?
図2.7 原子は、別の原子に電子を与えたり、受け取ったり、共有したりして、最も安定した電子配置である、価電子殻が満たされた状態になることができる。この図を見ると、1族の元素は、安定した電子配置になるために何個の電子を失う必要があるか。14族と17族の元素は、それぞれ何個の電子を受け取れば安定した電子配置になるか。
Solution解き方
Figure 2.7 Elements in group 1 need to lose one electron to achieve a stable electron configuration. Elements in groups 14 and 17 need to gain four and one electrons, respectively, to achieve a stable configuration.
図2.7 1族の元素は、安定した電子配置になるために電子を一つ失う必要がある。14族と17族の元素は、それぞれ四つと一つの電子を受け取る必要がある。
Review Questions確認問題
Exercises 3–6練習問題 3–6
Exercise 3問題 3
If xenon has an atomic number of 54 and a mass number of 108, how many neutrons does it have?
原子番号54、質量数108のキセノンには、中性子が何個あるか。
- 5454
- 2727
- 100100
- 108108
Solution解き方
A
A
Exercise 4問題 4
Atoms that vary in the number of neutrons found in their nuclei are called ________.
原子核に含まれる中性子の数が異なる原子を、________という。
- ionsイオン
- neutrons中性子
- neutral atoms電気的に中性の原子
- isotopes同位体
Solution解き方
D
D
Exercise 5問題 5
Potassium has an atomic number of 19. What is its electron configuration?
カリウムの原子番号は19である。その電子配置はどのようになるか。
- shells 1 and 2 are full, and shell 3 has nine electrons第1殻と第2殻は満たされ、第3殻には九つの電子がある。
- shells 1, 2 and 3 are full and shell 4 has three electrons第1殻、第2殻、第3殻は満たされ、第4殻には三つの電子がある。
- shells 1, 2 and 3 are full and shell 4 has one electron第1殻、第2殻、第3殻は満たされ、第4殻には一つの電子がある。
- shells 1, 2 and 3 are full and no other electrons are present第1殻、第2殻、第3殻は満たされ、ほかの電子はない。
Solution解き方
C
C
Exercise 6問題 6
Which type of bond represents a weak chemical bond?
弱い化学結合に当たるのは、どの種類の結合か。
- hydrogen bond水素結合
- atomic bond原子結合
- covalent bond共有結合
- nonpolar covalent bond無極性共有結合
Solution解き方
A
A
Critical Thinking Questions考察問題
Exercises 7–8練習問題 7–8
Exercise 7問題 7
What makes ionic bonds different from covalent bonds?
イオン結合は、どの点で共有結合と異なるか。
Solution解き方
Ionic bonds are created between ions. The electrons are not shared between the atoms, but rather are associated more with one ion than the other. Ionic bonds are strong bonds, but are weaker than covalent bonds, meaning it takes less energy to break an ionic bond compared with a covalent one.
イオン結合はイオン間に形成される。電子は原子間で共有されるのではなく、一方のイオンとより強く結び付いている。イオン結合は強い結合だが、共有結合よりは弱い。つまり、イオン結合を切るために必要なエネルギーは、共有結合を切る場合よりも少ない。
Exercise 8問題 8
Why are hydrogen bonds and van der Waals interactions necessary for cells?
水素結合とファンデルワールス相互作用は、なぜ細胞に必要なのか。
Solution解き方
Hydrogen bonds and van der Waals interactions form weak associations between different molecules or within different regions of the same molecule. They provide the structure and shape necessary for proteins and DNA within cells so that they function properly.
水素結合とファンデルワールス相互作用は、異なる分子同士、または同じ分子の異なる領域間に、弱いつながりを作る。これらは、細胞内のタンパク質やDNAが正常に機能するために必要な構造と形を与える。
anion
陰イオン
negative ion that is formed by an atom gaining one or more electrons
原子が一つ以上の電子を受け取ってできる負のイオン。
atom
原子
the smallest unit of matter that retains all of the chemical properties of an element
ある元素のすべての化学的性質を保つ、物質の最小単位。
atomic number
原子番号
total number of protons in an atom
原子に含まれる陽子の総数。
atomic weight
原子量
calculated mean of the atomic weights of an element’s isotopes
ある元素の同位体の原子量から計算した平均値。
balanced chemical equation
係数を調整した化学反応式
statement of a chemical reaction with the number of each type of atom equalized for both the products and reactants
生成物側と反応物側で、それぞれの種類の原子数が等しくなるように表した化学反応の式。
cation
陽イオン
positive ion that is formed by an atom losing one or more electrons
原子が一つ以上の電子を失ってできる正のイオン。
chemical bond
化学結合
interaction between two or more of the same or different atoms that results in forming molecules
同じ種類または異なる種類の二つ以上の原子の間に働き、分子の形成をもたらす相互作用。
chemical reaction
化学反応
process leading to rearranging atoms in molecules
分子内の原子の組み替えにつながる過程。
chemical reactivity
化学反応性
the ability to combine and to chemically bond with each other
互いに組み合わさり、化学結合する能力。
compound
化合物
substance composed of molecules consisting of atoms of at least two different elements
少なくとも二種類の異なる元素の原子からなる分子で構成される物質。
covalent bond
共有結合
type of strong bond formed between two atoms of the same or different elements; forms when electrons are shared between atoms
同じ元素または異なる元素の二つの原子の間にできる強い結合の一種。原子間で電子を共有するときに形成される。
electrolyte
電解質
ion necessary for nerve impulse conduction, muscle contractions, and water balance
神経インパルスの伝導、筋収縮、水分平衡に必要なイオン。
electron
電子
negatively charged subatomic particle that resides outside of the nucleus in the electron orbital; lacks functional mass and has a negative charge of –1 unit
原子核の外にある電子軌道に存在する、負に帯電した亜原子粒子。実質的な質量はなく、−1単位の負電荷を持つ。
electron configuration
電子配置
arrangement of electrons in an atom’s electron shell (for example, 1s22s22p6)
原子の電子殻内における電子の並び方（例えば1s22s22p6）。
electron orbital
電子軌道
how electrons are spatially distributed surrounding the nucleus; the area where we are most likely to find an electron
原子核の周囲で電子が空間的にどのように分布するかを示すもの。電子が最も見つかりやすい領域。
electron transfer
電子移動
movement of electrons from one element to another; important in creating ionic bonds
一つの元素から別の元素への電子の移動。イオン結合を作るうえで重要である。
electronegativity
電気陰性度
ability of some elements to attract electrons (often of hydrogen atoms), acquiring partial negative charges in molecules and creating partial positive charges on the hydrogen atoms
一部の元素が電子（しばしば水素原子の電子）を引き付ける能力。これにより、その元素は分子内で部分的に負の電荷を帯び、水素原子には部分的な正電荷が生じる。
element
元素
one of 118 unique substances that cannot break down into smaller substances; each element has unique properties and a specified number of protons
より小さな物質へ分解できない、118種類の固有の物質の一つ。各元素は固有の性質と決まった数の陽子を持つ。
equilibrium
平衡
steady state of relative reactant and product concentration in reversible chemical reactions in a closed system
閉じた系で起こる可逆的な化学反応において、反応物と生成物の相対的な濃度が一定になった状態。
hydrogen bond
水素結合
weak bond between slightly positively charged hydrogen atoms and slightly negatively charged atoms in other molecules
わずかに正に帯電した水素原子と、別の分子に属するわずかに負に帯電した原子との間にできる弱い結合。
inert gas
不活性ガス
(also, noble gas) element with filled outer electron shell that is unreactive with other atoms
希ガスともいう。最外電子殻が満たされており、ほかの原子と反応しない元素。
ion
イオン
atom or chemical group that does not contain equal numbers of protons and electrons
陽子数と電子数が等しくない原子または原子団。
ionic bond
イオン結合
chemical bond that forms between ions with opposite charges (cations and anions)
逆の電荷を持つイオン（陽イオンと陰イオン）の間に形成される化学結合。
irreversible chemical reaction
不可逆的な化学反応
chemical reaction where reactants proceed unidirectionally to form products
反応物から生成物への一方向に進む化学反応。
isotope
同位体
one or more forms of an element that have different numbers of neutrons
ある元素のうち、中性子数が異なる一つ以上の形。
law of mass action
質量作用の法則
chemical law stating that the rate of a reaction is proportional to the concentration of the reacting substances
反応速度が反応物の濃度に比例するとする化学の法則。
mass number
質量数
total number of protons and neutrons in an atom
原子に含まれる陽子と中性子の総数。
matter
物質
anything that has mass and occupies space
質量を持ち、空間を占めるあらゆるもの。
molecule
分子
two or more atoms chemically bonded together
化学結合によってつながった二つ以上の原子。
neutron
中性子
uncharged particle that resides in an atom's nucleus; has a mass of one amu
原子核内に存在する、電荷を持たない粒子。質量は1 amuである。
noble gas
希ガス
see inert gas
「不活性ガス」を参照。
nonpolar covalent bond
無極性共有結合
type of covalent bond that forms between atoms when electrons are shared equally between them
原子間で電子が均等に共有されるときに形成される、共有結合の一種。
nucleus
原子核
core of an atom; contains protons and neutrons
原子の中心部。陽子と中性子を含む。
octet rule
オクテット則
rule that atoms are most stable when they hold eight electrons in their outermost shells
原子は最外殻に八つの電子を持つときに最も安定するという規則。
orbital
軌道
region surrounding the nucleus; contains electron(s)
原子核の周囲にある、電子を含む領域。
periodic table
周期表
organizational chart of elements indicating each element's atomic number and atomic mass; provides key information about the elements' properties
各元素の原子番号と原子量を示して元素を整理した表。元素の性質についての重要な情報を与える。
polar covalent bond
極性共有結合
type of covalent bond that forms as a result of unequal electron sharing, resulting in creating slightly positive and negative charged molecule regions
電子の共有が不均等であるために生じる共有結合の一種。分子内に、わずかに正または負に帯電した領域ができる。
product
生成物
molecule that is result of chemical reaction
化学反応の結果としてできる分子。
proton
陽子
positively charged particle that resides in the atom's nucleus; has a mass of one amu and a charge of +1
原子核内に存在する、正に帯電した粒子。質量は1 amu、電荷は+1である。
radioisotope
放射性同位体
isotope that emits radiation comprised of subatomic particles to form more stable elements
亜原子粒子からなる放射線を放出し、より安定した元素になる同位体。
reactant
反応物
molecule that takes part in a chemical reaction
化学反応に関与する分子。
reversible chemical reaction
可逆的な化学反応
chemical reaction that functions bidirectionally, where products may turn into reactants if their concentration is great enough
両方向に進む化学反応。生成物の濃度が十分に高ければ、生成物が反応物に戻ることがある。
valence shell
価電子殻
outermost shell of an atom
原子の最も外側の電子殻。
van der Waals interaction
ファンデルワールス相互作用
very weak interaction between molecules due to temporary charges attracting atoms that are very close together
非常に近くにある原子が一時的な電荷によって引き合うために生じる、分子間の非常に弱い相互作用。