いつの世も人類は、化学を実践してきたといえます。しばらくは実用ひと筋だった化学も、17 〜18 世紀に自然科学の一大分野となりました。私たちも先人たちにならい、物質の精製・純化に励みます。「名人芸」の応用のうち、いま暮らしに最大の貢献をするのが、ケイ砂（しゃ）という砂から抽出したケイ素＝シリコンを素材に、携帯電話の心臓部や太陽電池をつくる営みでしょう。

固体・液体・気体の中では、原子や分子が作用し合っています。温度と圧力を決めたとき、ある物質が三態のどれになるかを教えるのが状態図。水素自動車用に使う水素の安全な貯蔵法も、状態図からわかります。温度・圧力・体積を関係づけた「理想気体の状態方程式」が教える超臨界流体の製法は、二酸化炭素の隔離を目的に研究されてきました。

原子の成分（電子・陽子・中性子）が突き止められた20 世紀の初頭、化学は新時代を迎えました。原子が出す光（発光スペクトル）をくわしく調べた結果、原子核のまわりで電子が飛び飛びのエネルギー状態にあるという「ボーアモデル」が誕生します。原子の発光は、いまの天体物理学や法化学にもつながっている現象です。

元素たちが示す性質の規則性をどう整理するか‥‥その問題と長らく格闘した人々が、やがて周期表にたどり着きます。周期表のたたずまいは、原子の「電子配置」が決めていました。元素の原子半径も反応性も電子配置で決まり、それを周期表が表していたのです。新しい人工元素ができるにつれ、周期表は少しずつ拡張を続けています。

原子どうしが電子を共有してつくる結合は、ルイス構造というわかりやすい形に表せました。ルイス構造をもとにした原子価殻電子対反発（VSEPR）理論を使えば、分子の立体構造が予想でき、細胞増殖の仕組みも解き明かせます。立体構造がわかると、たとえばペニシリンがどう働くかもわかり、そうした知識は、たとえば抗がん剤の分子設計に役立つのです。

化学反応式の係数は、反応物と生成物の相対量（モル比）を表します。何か反応を起こしたいときは、反応式の係数をにらみ、どの物質が最初になくなるのかをつかむのが肝心。水素燃料を手に入れる水の電解も、放射線検出用ヨウ化ナトリウムの合成も、バイオマスを原料にした汎用化学品の製造も、その原理をもとに進めるのです。

大量のガスと炎と煙が出る爆発――それが化学反応のイメージでしょう。化学反応では、物質たちの秘めているエネルギーが、別の形に変わるからです。反応がどの向きに進み、どれほどのエネルギーが出るかを考えるのが、熱力学の世界。燃料がきれいに効率よく燃える未来の自動車エンジンも、熱力学を頼りに設計します。

コーヒーメーカーの中も細胞内も、水中で進む化学反応の世界。たとえば息を吸ったときは、空気中の窒素が血液に溶けこみます。溶ける量を「ヘンリーの法則」で見積もれば、窒素の泡が起こす潜水病を防ぐのに役立つという寸法。海水のCO2 濃度測定に使うのも、溶液化学の知識です。水に溶けた物質の濃度測定は、水の「きれいさ」の診断などに利用してきました。

マッチを点けたときの化学反応は完全に進み、生成物が反応物になっていきます。けれど多くの反応は、反応物と生成物が共存し、両向きに進む「平衡反応」です。平衡とはどんな状態なのか、平衡は体の働きとどう関係するのかを調べましょう。化学平衡を巧みに操る例として、食料増産に役立つ肥料の原料をつくるアンモニア合成を紹介します。

水素イオンを共通の通貨とする酸と塩基（アルカリ）は身近に多く、体内で進むおびただしい化学反応でも大活躍。酸性の度合いを表すのがpH（水素イオン指数）です。pH が変わりにくい「緩衝液」は、実験でも血液の安定化でも主役を演じます。ケーキやチーズができるのも酸のおかげ。いわゆる「酸性雨」も、文字どおり酸と塩基のからみ合いが生みました。

電子のやりとりで進む酸化還元（レドックス）反応の多くには、金属が関係します。電子授受を活用した電池は、懐中電灯や携帯電話、自動車にも必須。体の中では、ビタミンB12 の成分になっているコバルトを始め、いろんな金属が活躍しています。髪の脱色に使う化学反応など、金属とは関係のないレドックス反応も数知れません。

一瞬で起きる爆発から、ゆっくり進む鉄の酸化（さび発生）まで、幅広く変わる反応の速さ。温度・濃度も速さを変える要因です。食品の腐敗は遅めたいものですが、産業では触媒を使って反応を速めます。触媒はいったい何をするのか、どんな実例があるのかを紹介しましょう。速さがいつも一定の核反応を利用するのが、たとえば病気の診断に使うＣＴスキャンです。

気体中や液体中の反応は化学の理解にふさわしい素材ですが、暮らしにいちばん縁が深いのは、固体の化学的性質です。化学者は複雑な固体も手玉にとって、ナノ粒子や高分子、高性能合金をつくり、センサーや薬剤送達系、宇宙用材料などに役立ててきました。古代のご先祖と同様、暮らしに役立つ固体の製法を工夫するわけです。