純度の高い鉄の単体は、灰白色であり、比較的やわらかい。
鉄鉱石からの鉄の精錬では、赤鉄鉱

Fe
2

O
3

{\displaystyle {\ce {Fe2O3}}}
 や磁鉄鉱

Fe
3

O
4

{\displaystyle {\ce {Fe3O4}}}
 などの鉄鉱石を溶鉱炉で溶かし、コークス

C

{\displaystyle {\ce {C}}}
 、石灰石

CaCO
3

{\displaystyle {\ce {CaCO3}}}
 を加えて発生する一酸化炭素

CO

{\displaystyle {\ce {CO}}}
 で還元して、鉄をつくる。
鉄鉱石は段階的に次のように還元される。
F
e
2

O
3

→
F
e
3

O
4

→
F
e
O
→
F
e

{\displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}\rightarrow Fe_{3}O_{4}\rightarrow FeO\rightarrow Fe} }
それぞれの反応式は
[450℃]

3

Fe
2

O
3

+
CO
⟶
2

Fe
3

O
4

+
CO
2

{\displaystyle {\ce {3Fe2O3 + CO -> 2Fe3O4 + CO2}}}
[800℃]

Fe
3

O
4

+
CO
⟶
3
FeO
+
CO
2

{\displaystyle {\ce {Fe3O4 + CO -> 3FeO + CO2}}}
[1200℃]

FeO
+
CO
⟶
Fe
+
CO
2

{\displaystyle {\ce {FeO + CO -> Fe + CO2}}}
全体での反応は次の反応式で表される。
Fe
2

O
3

+
3
CO
⟶
2
Fe
+
3

CO
2

{\displaystyle {\ce {Fe2O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2}}}
また、不純物を取り除くため石灰石 CaCO3 を加える。石灰石によりシリカSiO2やアルミナAl2O3などの脈石（岩石を構成する成分のこと。）が分離される。
このようにして高炉で得られた鉄を銑鉄（せんてつ、pig iron）という。
なお、高炉の内側の耐火性のレンガにより、高炉は高温に耐えられるようになっている。
石灰石は、鉱石中のケイ酸塩と反応しスラグ CaSiO3 を形成する。スラグは比重が銑鉄より軽いため、スラグは銑鉄に浮かぶ。スラグはセメントの原料になるため、スラグは廃棄せず分離して回収する。
また、炭素や石灰石の添加は、融点を下げる役割も有る。凝固点降下と同じ原理である。一般に混合物は融点が下がる。
銑鉄は炭素を質量比4%ほど含む。鉄中の炭素が多いと、粘りが無くなり、衝撃などに対して脆く、硬いが割れやすくなる。
このような鉄は、割れやすいが混合物のため融点が低く、また流動性も良いため鋳造（ちゅうぞう）に用いられる。そのため、このように炭素含有量の多い鉄は 鋳鉄（ちゅうてつ） と呼ばれる。
しかし鋳鉄は割れやすいため、建築材などには不便である。
丈夫な鉄を得るには銑鉄の炭素量を適量に減らす必要があり、転炉で酸素を加えて燃焼させて取り除く。転炉には、酸素吹き込み転炉などを用いる。この酸素吹き込みの酸化熱が、鉄を溶かし続ける熱源に使える。
炭素を0.02%～2%ほど含む鉄を鋼（こう、steel）という。
建築材などの構造材に用いられるのは、十分な硬さと強さをもたせた鋼である。
添加物のため融点は下がり、およそ1400℃で融解し、溶鉱炉の底に溶けた鉄がたまる。
なお、1200℃での反応の式について、温度が高くなりすぎると、逆方向に反応が進んでしまいCO2によるFeの酸化が起きるので、1200℃程度を保つ必要がある。
鉄の化学的性質として、鉄の単体および銑鉄や鋳鉄は、湿った空気中で酸化されやすく、さびやすい。
さびを防ぐため、合金として、鋼にクロム Cr やニッケル Ni などを混ぜた合金がステンレス鋼（ステンレスこう）である。このステンレス鋼は化学的な耐食性が高く、さびにくいため、建築材や台所部材として用いられる。
純度の高い鉄（てつ）の単体は、灰白色であり、比較的やわらかい。
鉄には酸化数＋2または酸化数＋3の化合物がある。
鉄の酸化物には、黒色の酸化鉄（II） FeO 、赤褐色の酸化鉄（III）Fe2O3 、黒色の四酸化三鉄 Fe3O4 などがある。
鉄は、湿った空気中で酸化されやすい、よって鉄は、さびやすい。
鉄の赤さびは、 酸化鉄（III）Fe2O3 である。
鉄は希硫酸に加えると、水素を発生して溶け、淡緑色の溶液になる。この水溶液から水を蒸発させて濃縮すると、硫酸鉄（II）七水和物FeSO4・7H2Oが得られる。
いっぽう、濃硝酸では、不動態となり、鉄の表面に皮膜ができて、それ以上は反応が進行しない。
鉄 Fe 、ニッケル Ni 、コバルト Co は、単体で磁性を帯びることができる金属である。
一方、銅やアルミニウムは、磁化されない。
鉄、ニッケル、コバルトのように、磁石になることができる物質を強磁性体という。
銅の特徴として、銅は電気の伝導性が良く、また熱の伝導性も良い。なお、一般に純金属の熱伝導性と電気伝導性は比例する。このため、自由電子が、その金属内で熱を伝える作用があるという説が、定説である。
銅は天然にも単体として鉱石が産出されることがあるが、多くの場合は黄銅鉱CuFeS2などのように化合物として産出する。
銅の単体の外観は、赤色の光沢をもつ。
また、銅は電気伝導性が大きい。このため、電線などの電気材料にも銅が用いられる。
銅はイオン化傾向が水より小さいため、酸には侵されにくいが、硝酸など酸化力の強い酸には侵される。酸化作用の強い酸には、硝酸のほか、熱濃硫酸がある。
銅は、湿った空気中で、緑色の さび である緑青（ろくしょう）を生じる。
銅の精錬には、まず、黄銅鉱など銅鉱石を溶鉱炉で溶かす。溶鉱炉にはコークスCおよびケイ砂SiO2を加える。
硫化銅Cu2Sは「かわ」とよばれる。この硫化銅は炉の下層に沈む。FeSiO3 は上層に分離する。溶鉱で発生したFeSiO33は「からみ」という。なおFeSiO3 の式をFeOSiO2と書く場合もある。
この硫化銅を転炉で空気を吹き込むと、銅が遊離する。
こうして転炉で作った銅を粗銅（そどう）という。粗銅の純度は98.5%程度である。
粗銅の純度を上げる目的で金属のイオン化傾向を利用した電気精錬が行われる。粗銅を陽極にして、純銅板を陰極にして硫酸銅CuSO4水溶液中で電気分解すると、陰極に純度が高い銅（99.97%程度）が析出する。一般に、こうして電気精錬で得られた純度99.99％程度の銅を、「純銅」（じゅんどう）と見なしており、検定教科書でも、そう見なしている。
なお、このように電気精錬で得た銅を、電気銅ともいう。
この電気銅が、現在（西暦2013年に記事を執筆）、用いられている銅材料の原料である。
なお、電気精錬の際に、銅中に銀Agや金Auなどの不純物が混ざっていると、電気精錬の際に、銀や金はイオン化傾向が銅よりも低いのでイオン化せず、金や銀が陽極の下に沈殿する。この沈殿を陽極泥（ようきょくでい）という。
電気銅には、まだ水素や硫黄などの不純物が含まれており、それらの不純物を取り除くため電気銅のあとにも精錬は続く。
特に、銅への水素の混入は、水素脆性（すいそぜいせい）という金属材料が脆くなる原因になるので、取り除かなければならない。
銅を空気中で加熱すると、1000℃以下では黒色の酸化銅（II） CuO を生じ、1000℃以上では赤色の酸化銅（I） Cu2O を生じる。
銅が熱濃硫酸に溶解した溶液から、硫酸銅の溶液が得られる。
この溶液から、結晶を析出させると、青色の硫酸銅の結晶が得られる。
硫酸銅の結晶の硫酸銅（II）五水和物 CuSO4・5H2O は、青色の結晶である。
硫酸銅（II）五水和物を熱すると、水和水を失って、無水物の硫酸銅 CuSO4 になり、白色の粉末になる。
この硫酸銅の粉末は、水を吸収すると、青色の水和物に戻る。なので、水の検出のさい、硫酸銅が活用されることがある。
アルミニウムの精錬は、鉱石のボーキサイトからアルミナAl2O3を抽出する工程と、アルミナAl2O3から電解してアルミニウムを得る工程からなる。
アルミニウムの天然の鉱石はボーキサイト（bauxite）といい、ボーキサイトの化学式はAl2O3・nH2Oである。ボーキサイトに濃い水酸化ナトリウム溶液NaOHを加えてアルミン酸ナトリウム2Na[Al(OH)4]が得られる。正確にはテトラヒドロキソアルミン酸ナトリウムという。
アルミン酸ナトリウム2Na[Al(OH)_4]の溶液を冷却し、加水分解がおこると水酸化アルミニウムAl(OH)3 の沈殿が析出する。
生じたAl(OH)3 を分離して、このAl(OH)3を1200℃に加熱して酸化アルミニウムAl2O3にする。
これらのボーキサイトからアルミナまでの工程をバイヤー法という。
Al2O3 はアルミナという。アルミナは融点が高く、約2000℃の融点なので、融点を次の融解塩電解という処理で下げる。
まず、氷晶石を加える。すると融点が下がる。これを電解してアルミニウムにする。
この氷晶石を用いたアルミナの融解の方法をホール・エルー法という。
※ 化学１でも電気分解を紹介してるので、読者は必要に応じ参照されたい。
工程は以下のとおり。
アルミナAl2O3（融点 2072 °C）に氷晶石Na3 AlF6（融点 1012℃）を、割合が氷晶石9.5重量%ほどになるまで少しずつ加える。氷晶石はアルミナにとって不純物であり、不純物との混合によって溶融温度が下がり、融点が約970℃になる。
溶融したアルミナを電気分解によって、精錬する。
また、このように添加物を加えて融点を下げ、溶融させて電解する方法を融解塩電解または溶融塩電解という。
溶融塩電解による精錬は、アルミニウムの他に、酸化マグネシウムMgOからマグネシウムMgを精錬する場合や、酸化チタンTiO2からチタンTiを精錬する場合に用いられる。
ちなみにアルミナAl2O3 はセラミック材料として様々な優れた性質を持っている。
酸化マグネシウム（マグネシアという）や酸化チタンもセラミックス材料として優れた性質を持っている。
アルミニウムやマグネシウムなどのように酸化物からの精錬に手間が掛かる材料は、裏を返せば、アルミナやマグネシアのように酸化物はセラミックスとして安定した性質を持っているということでもある。
2種類以上の金属を溶融して混合したあとに凝固させたものを合金（alloy）という。
一般に合金では、元の金属単体よりも硬さが増す。ここでいう「硬い」とは「やわらかくない」「変形しづらい」というような意味であり、必ずしも割れにくいとは限らないので注意。また一般に合金の電気抵抗は、もとの金属よりも合金の電気抵抗が上がる。その仕組みの説明として、合金元素によって結晶配列が乱れるから、というのが定説である。
主要な合金の例を示す。

酸素や水と接触した金属は表面で酸化還元反応を起こし、金属がイオン化し脱落する。この反応を腐食という。イオン化した金属が酸化物や水酸化物となって表面に堆積したものを錆という。
鋼板にスズをメッキしたものをブリキ、亜鉛をメッキしたものをトタンという。イオン化傾向が

Zn
>
Fe
>
Sn

{\displaystyle {\ce {Zn > Fe > Sn}}}
 のため、ブリキはスズが鉄の腐食を防いでいる。しかし、メッキが傷つき鉄が露出した箇所に水がつくと、イオン傾向の大きい鉄がスズよりもイオン化しやすいため、鉄が腐食しやすい。トタンは、亜鉛が鉄より腐食しやすいが、鉄が露出した箇所があってもイオン化傾向の大きい亜鉛が鉄よりイオン化しやすいため、内部の鉄の腐食が防がれる。
つまり、傷がなく鉄が露出していない場合はブリキの方が錆びにくいが、傷がついた場合はトタンの方が錆びにくい。このため、ブリキは缶詰や金属玩具などに用いられ、トタンは屋根やバケツなどに用いられる。
ランタン-ニッケル合金やチタン-鉄合金などは、常温で合金結晶間に水素を吸蔵する性質をもち、加熱などによって水素を掃き出す性質が知られている。
自己の体積の1000倍以上もの水素を吸蔵できる合金もある。
ランタン-ニッケル合金を母材にした、ニッケル水素電池が実用化されており、ハイブリッド自動車で実用化されている。今後の水素自動車や燃料電池自動車などの燃料タンクとしても期待され、開発が進められている。
このほか、チタン鉄合金系もある。
チタンとニッケルの合金では、高温で成形したときの形状の記憶を保ち、常温で変形させても、加熱することで元の形に戻るものがある。
このような合金を形状記憶合金（けいじょうきおく ごうきん、shape memory alloy）という。
眼鏡フレームなどに利用されている。
ある種類の物質は、きわめて低温（たとえば絶対零度のちかく）で、電気抵抗がゼロになる。実用化されてる超伝導合金の代表例として、スズとニオブの合金がある。
応用としては、強い電磁石を作る際に、よく超伝導合金が利用されることがある。医療用MRI（磁力を応用して、人体の断層写真を撮影できる装置）などに、超伝導合金が利用されているという。また、研究開発中だがリニアモーターカーにも、すでに超伝導合金が応用されているという。
スズ-ニオブ系のほかにも、いくつもの超伝導合金が知られている。
アモルファス合金とは、結晶構造を持たずに非晶質（ひしょうしつ）の合金である
おおまかな製法は、高温状態で柔くなった金属を急冷すると、原子が通常の結晶構造での位置に配置される前に、冷却によって金属全体が固化してしまい、通常の位置に原子が配置されない。
そのため、急冷した金属・合金のいくつかは結晶構造をもたず、通常の金属とは違った特性をもつ。
磁力的な性質が、異なっている場合が多い。このように、結晶をもたない金属を、アモルファス金属（amorphous metal）といい、そのような、結晶を持たない合金をアモルファス合金という。
応用は、すでに磁気記録用ヘッドとして、（コバルトなどを含む）アモルファス合金が応用されている。
また、鉄系のアモルファス合金が、耐腐食性の必要な環境で用いられる場合もあるという。
高温での加工をしようとすると結晶化してしまうので、原理的に高温での加工ができないという、短所がある。
耐腐食性が高まっている場合もあり、そのような性質の必要な環境にも応用されているという。
タングステン W は融点がきわめて高く（融点3400℃）、耐熱性が大きいので、電球のフィラメントなどに用いられる。
金属では、タングステンが、もっとも融点が高い。
また、炭化タングステン WC は、かなり硬い。
白金 Pt は、銀白色の固体で、化学的な安定性が高い。
かつて、メートル原器の材質として用いられていた。
触媒としても、用いられている。


ガラス、セメント、陶磁器などのように、無機物質に加熱処理などしたものを、セラミックスという。
また、このようなセラミック製品を製造する産業を、セラミック産業または窯業（ようぎょう）という。
窯は「かま」の事である。
原材料にケイ酸塩化合物を用いることが多いことから、ケイ酸塩工業ともいう。
セラミックスには下記のように多くの種類があるが、ほとんどのセラミックス材料に共通する性質として、
材料によっては、例外もある。
また、後述する「ニューセラミックス」「ファインセラミックス」では、セラミックに他の材料などを混ぜるなどをして、特性を改良ているため、上記の特性の例外となる場合もある。
なお、「硬い」という長所は、加工のさいには「展性が無い」ので加工が難しいという短所でもある。
建築用のセメント（cement）は、原料に、石灰石、砂、砂利、酸化鉄、粘土、セッコウなどを含んでいる。製造のとき、石灰石が高熱で処理され、酸化カルシウム CaO になる。
セメントは、水をくわえると、発熱しながら、やがて硬化する。
また、コンクリート（concrete）は、セメントに、砂利、砂、水をくわえて、固めた物である。
セメントおよびコンクリートの、水により固まる反応の化学式については、多くの反応が関わっており、複雑なので省略する（高校化学の検定教科書でも、説明を省略している）。
なお、セメントに砂を混ぜたものは、「モルタル」（mortar）という。
セメントおよびコンクリートには、カルシウム Ca が含まれている。
なお、セッコウは、硬化を遅らせて調節するために添加されている。
コンクリートは圧縮の力には強いが、引っ張りの力には弱いので、引っ張りにつよい鉄筋を入れた鉄筋コンクリート（reinforced concrete 、RC）として用いる。
コンクリートは、材料中の水酸化カルシウム Ca(OH)2 により、塩基性を示す。また、この塩基性により、内部の鉄筋が酸から保護される。空気中の酸性物質などにより、コンクリートはしだいに中性に中和されていき、そのため強度がしだいに低下していく。また、鉄筋を保護していたコンクリートが劣化すると、内部の鉄筋も酸に腐食されやすくなっていく。
ガラスはケイ酸塩を主成分として、Na、K、などを含んでいる。
ガラスの結晶構造は不規則であり、また、一定の融点を持たない。高温にすると、やわらかくなり、水あめ のように軟らかくなる。冷えると、固まる。
ガラスの結晶のように、不規則なまま硬化している結晶構造を、アモルファス（非晶質）という。
ガラスは無色透明であるが、金属酸化物をくわえると、その種類に応じて着色する。
ほぼ二酸化ケイ素だけで出来ている高純度のガラスを、石英ガラスといい、紫外線の透過性が高く、また耐熱性も高いので、光学機器や耐熱ガラスや光ファイバーなどに利用されている。
しかし、石英ガラスは耐熱性が高すぎるため融点が高く、製造時の溶融加工が容易でないので、一般のガラス製品には添加物をくわえて融点を下げたソーダ石灰ガラスなどが用いられている。
窓ガラスなどに用いられる一般のガラスは、ソーダ石灰ガラスであり、SiO2のほか、Na2OとCaOを主成分としている。
このソーダ石灰ガラスの製法は、けい砂（主成分 SiO2）に、炭酸ナトリウム（Na2CO3）や石灰石を添加して作る。
ガラスを高温に熱していったとき、ガラスが軟らかくなり始める「軟化点」（なんかてん）または「軟化温度」という。ソーダ石灰ガラスの軟化点は630℃だが、石英ガラスの軟化点は1650℃と、かなり高い。
なお、理科実験などで用いるビーカーやフラスコなど、理科学器具に用いられるガラスの材質には、ホウケイ酸ガラスが用いられている。
ホウケイ酸ガラスは、ホウ砂（主成分 B2O3）とケイ砂からなるガラスである。ホウケイ酸ガラスは熱膨張率が低く、そのため耐熱性も高く、耐食性も高いことから、理科実験器具用のガラスとして用いられている。
鉛ガラスは密度が大きく、また、X線など放射線の吸収能も大きいため、放射線遮蔽窓として用いられる。
また、鉛ガラスは屈折率も大きいため、光学レンズとしても用いられる。
粘土や砂、岩石の粉などを焼き固めて、陶磁器がつくられる。
陶器は約1000℃で焼き固めてて作られ、磁器は約1400℃で焼き固めて作られる。
焼き固めとは、高温にすることで、粒子の表面が部分的に融け、そのあと冷ましていくことで、粒子どうしが接着する。
これらの焼き物の表面には、焼く前に、石英などの粉末からなる上薬（うわぐすり）が表面に用いられている。上薬のことを、釉薬（ゆうやく）ともいう。
焼く時に、上薬が融けて、ガラスになる。また、表面がガラスで保護されることで、吸水性がなくなる。
Al2O3は硬くて丈夫なので、さまざまな材料に用いられる。
研磨剤にも、アルミナは用いられている。
アルミナは絶縁性も高く、そのためICチップなどの絶縁材にも用いられる。（参考文献、『セラミック材料』、工業高校教科書、文部科学省）
おまけにアルミナは熱伝導性も比較的よく、そのため電気回路で生じたジュール熱を外部に放散しやすいので、温度上昇による誤動作を防ぎやすくて好都合である。
また、医療用の人工骨などにアルミナ材料の人工骨を用いてても、拒否反応などを起こさず、生体適合性が良い。なお、自然には人体にアルミナは接着しないので、ボルトなどで人工的に人工骨を既存の骨に固定する必要がる。
ケイ素 Si は、シリコンともいい、半導体の材料として、かなり高純度のシリコン（Si）に、導電性を適度に高めるための添加物を加えたものが用いられている。
酸化ジルコニウム ZrO2 およびそれに添加物を加えた材料では、結晶中に自然に生じた欠陥が、まるでシリコン半導体でいう導電性を高めるための添加物と似た役割を生じて、酸化ジルコニウム中の欠陥が酸化ジルコニウムの導電性に影響を与える。その結果、酸化ジルコニウムは、空気中の酸素濃度により導電性が変わる。このため、酸化ジルコニウムは酸素センサとして用いられる。
酸化チタン TiO2 は、光が当たると、有機物を分解する。この有機物の分解作用のため、光の当たった酸化チタンは、殺菌や消臭などの効果をもつ。酸化チタンそのものは減らずに残り続けるので、触媒的に働くことから、このような光のあたった酸化チタンによる分解作用が、光触媒（ひかりしょくばい）と呼ばれる。
この分解のエネルギー源は、酸化チタンが紫外線を吸収し、そのエネルギーによって酸化チタンの酸化力が高まり、そして有機物を分解する。
さて太陽電池としても、酸化チタンは利用されている。酸化チタンそのものは紫外線しか吸収しないため効率が低いため、色素を添加して、色素に可視光を吸収をさせて、そのエネルギーを酸化チタンが利用できるように工夫した太陽電池が開発されており、色素増感型（しきそぞうかんがた）太陽電池と言われている。（「色素」そのものはセラミックではない。混同しないように。色素は一般に有機高分子である。）
また、色素と光によってエネルギーを得る仕組みが、植物の光合成の仕組みに似ていることから、生物学的にも興味を持たれている。
この他、酸化チタンは白色であり、人体に無害なので、化粧などの白色顔料としても用いられている。
このほか、超親水性（ちょうしんすいせい）という性質があり、水に濡れても水滴にならず、水が全体に広がるので、自動車のフロントガラスなどの添加剤に応用されている。
酸化スズ SnO2 では、表面に酸素を吸着する性質がある。そして、プロパンガスや一酸化炭素などにさらされると、吸着された酸素が燃焼して、もとの酸化スズに戻る。この吸着と酸素の離脱のさい、導電性が変わるため、プロパンガスなど可燃性ガス濃度を測るセンサーとして用いられる。
そもそもコンデンサーには、電気を通さない性質が求められる。つまりコンデンサーの材料は、絶縁物質であるべきである。そもそも、コンデンサーは、誘電分極（ゆうでん ぶんきょく）を利用した素子だから。もし、金属のように電気を通してしまうと、そもそもコンデンサーとしての役割を持たない。
セラミックは電気を通さないため、コンデンサーとして適切であり、じっさいにコンデンサーとしてセラミック材料は利用されている。
なお、セラミックは、絶縁材料としても、活用される。
コンデンサー材料としては、チタン酸バリウム BaTiO3 などがある。
チタン酸ジルコン酸鉛 PbTiO3 や チタン酸バリウム BaTiO3 などに圧力をくわえると、電圧が発生する。これを利用して、圧力センサーなどに用いる。なお、チタン酸バリウムは、コンデンサー材料としても用いられている。このように、圧電の仕組みと、コンデンサーの誘電分極の仕組みとは、関連性がある。
なお、このような圧電性の材料に交流電圧をくわえると、振動をすることから、音波や振動の発生源としても用いられる。さらに、振動の共振周波数（その物体が振動しやすい周波数）が、その振動体に加えられた圧力や荷重などの外部の力によって変化することから、圧力センサーなどにも圧電材料が応用されている。
ハイドロキシ アパタイトは、骨の主成分でもある。そのため、ハイドロキシアパタイトでつくった人工骨は、もともとの骨に接着しやすく、拒否反応なども起こりにくいので、医療用の人工骨などに利用される。なお、拒否反応などが無くて、生体に接着しやすい性質を、生体親和性という。
炭化物のセラミックスの中には、硬度がかなり高く、また適度に靭性もあり、丈夫なものがある。このため、炭化チタン TiC などは切削工具などに用いられる。炭化ケイ素や窒化ケイ素なども、耐熱性が高い。
自動車エンジンやガスタービンなどに、これらの耐熱セラミックスが用いられる。
半導体や、いくつかのセラミックスには、温度の上昇にともなって、電気抵抗が下がるものがある。
なお、金属では、温度が上がると、電気抵抗が上がる。
半導体やセラミックスの、このような、温度上昇にともなって電気抵抗が下がる特性が実用化されており、電子機器での温度変化時の電圧など出力の安定化のための部品に利用したり、あるいは温度センサなどに利用されたりしている。


一般に、ヒトや動物の病気を治すために使用する物質を、医薬品という。
医薬品が、それを使用した生物におよぼす変化を薬理作用という。
一般に、医薬品は体内でさまざまな作用を起こす。このうち、治療の目的に沿った作用を主作用といい、それ以外の作用を副作用という。
人類は、古代から天然の植物などから医薬品として機能するものを採取して使用してきた。このような天然由来の医薬品を生薬という。
ケシの実から取れる果汁を乾燥させたアヘンも古代から知られている生薬の一つである。アヘンは、紀元前1500年のエジプトでは鎮痛剤として利用されていた。
19世紀初頭、アヘンから、麻酔・鎮痛薬のモルヒネが抽出された。
19世紀後半に、いくつかの薬の化学構造が解明され、これらの成果をもとに、いくつかの薬品が合成された。
1910年ドイツのパウル・エールリヒと秦佐八郎によって梅毒の治療薬サルバルサンがつくられた。
現在では、人工的に化学合成された有機化合物が、医薬品として多く使用されている。
古くから、ヤナギの樹皮には解熱作用や鎮痛作用が存在することが知られていた。これは、ヤナギの樹皮にあるサリシンが体内で加水分解されてサリチル酸を生じるためである。
19世紀初頭に、化学分析によって、サリシンや、それから生じるサリチル酸の存在が知られ、解明されていった。サリチル酸は、サリシンが体内で加水分解されて生じる。
19世紀に、サリチル酸は解熱鎮痛薬として、さかんに使われていたが、胃に悪影響を与えることが、しだいに分かっていった。そのため、19世紀後半ごろには副作用の弱いアセチルサリチル酸が開発され使用されるようになった。
アセチルサリチル酸は1898年にドイツで「アスピリン」の商品名で医薬品として売り出され、現在でも解熱鎮痛薬としてアスピリンの名前で世界各地で売られている。（日本では、『バファリン』にも、アスピリンが含まれている。）
現在では、サリチル酸系の多くの医薬品が存在している。
また、サリチル酸にメタノールを反応させて作ることのできるサリチル酸メチルは、消炎鎮痛薬（筋肉痛などを抑える薬）として用いられている。たとえば、『サロンパス』などのように、サリチル酸メチルは湿布薬として用いられていたりする。
なお、これらサリチル酸系の解熱薬は、けっして細菌などを攻撃してるのではなく、熱や炎症などの症状をやわらげるだけである。このように、病原菌を攻撃せず、症状をやわらげる事が主な作用の医薬品を、対症療法薬という。
またなお、サリチル酸メチルは揮発性の液体である。
人体で、アセチルサリチル酸の薬が炎症や発熱などを抑える仕組みは、人体でケガなどの異常があったときに炎症などを起こして回復させようとする体内物質のプロスタグランジン（prostaglandin、略称:PG）という物質の合成を妨害するからである。（※ プロスタグランジンは検定教科書（高校理科の化学）の範囲外だが、文英堂シグマベストの高校化学参考書などに、プロスタグランジンとアセチルサリチル酸との関係の解説がある。）
よって、アセチルサリチル酸は、けっして、おおもとのケガを治すわけではないし、けっして病原菌を退治するわけでもない。
このプロスタグランジンは、炎症以外にも、人体に必要なさまざまな現象で関わってくるので、よってプロスタグランジンの合成が阻害されると、さまざまな副作用が起こりうるのである。
プロスタグランジンは、脂肪酸を原料としていて、体内で合成される生理活性物質である。プロスタグランジンは、いわば、ホルモンのようなものである（詳しい説明は高校の範囲を超えるので省略）。
アニリンから得られるアセトアニリドにも解熱鎮痛作用があるが、副作用が重いため、現在は使用されていない。
かわりに、アセトアニリドの誘導体であるアセトアミノフェン（p-アセトアミドフェノール）が、風邪薬などに含まれてる。
1939年にドイツのドーマクが、アゾ染料の一種のプロントジルに、細菌の増殖を阻害する作用があることを見つけた。
のちに、プロントジルから生じるスルファニルアミド  に、細菌の増殖をおさえる作用があることが分かった。これは、細菌が発育に必要な葉酸を合成するさいの酵素を阻害するからである。
細菌はp-アミノ安息香酸 から葉酸を合成しているが、スルファニルアミドはp-アミノ安息香酸に似た構造を持ってるため、酵素を阻害する。
現在では、一般に、スルファニルアミドの骨格をもつ抗菌剤を、硫黄を元素にもつことから、サルファ剤（salfa drug）という。
微生物がつくりあげる化学物質で、ほかの微生物や細菌を殺したり、ほかの微生物や細菌の増殖を阻害したりする作用（抗菌作用）のあるものを抗生物質（antibiotics [1]）という。
1929年にイギリスのフレミングは、アオカビから取れる物質に、このような抗菌作用があることを見つけ、この物質にペニシリン（Penicillin）と名付けた。
のちに、ペニシリンは、細菌のもつ細胞壁の合成を阻害するため、抗菌作用を示すことが分かった。
細菌は突然変異により、抗生物質の効かない細菌が生まれて、生き残ることがある。そのような、抗生物質につよい細菌を耐性菌という。
抗生物質を無闇に使い続けると、このような抗生物質のきかない微生物だけを残して増やしてしまう。
ペニシリンの効かない耐性菌もすでに存在しており、そのような病原菌には抗生物質メチシリンや抗生物質バンコマイシンが使われることがあるが、そのメチシリンの効かない耐性菌MRSAや、バンコマイシンの効かない耐性菌VRSAなどの耐性菌も出現しており、医療現場では大きな問題になってる。
このため、抗生物質ばかりに頼らず、手洗いや消毒などをきちんと徹底したりすることが、求められてる。
なお、ストレプトマイシンは、結核にきく抗生物質である。土壌細菌のつくる物質からストレプトマイシンが発見された。
サルファ剤や抗生物質のように、病気をおこす細菌や微生物を、直接、細菌への破壊的な作用を起こすことで、病気を治療する医薬品を化学療法薬という。
ペニシリンG の構造のβラクタムという部分が、細菌の細胞壁の合成をする酵素を阻害するという仕組み。


この章での色の定義については、まずは直感的に理解していれば良い。（正確に色覚を説明すると生物学など他分野が絡み、広範かつ専門的になる。）
読者には、まずは色素の分子構造と電磁波との関係について、理解をしてもらいたい。
色素の定義は明確ではないが、材料に添加した場合に色を加える物質を色素（coloring material）という。
繊維に染色できる色素を染料（dye stuff）という。
白色光で照らされた物体は、可視光の特定の波長を吸収して、残りの波長の光を反射する。したがって物質が吸収する色と、反射光は、反対の色になる。
たとえば、赤色の物体は、光源の白色光から、青色や緑色や紫色などの、赤色以外の色の波長を吸収して、赤色のみを反射したので、ヒトの目には赤色に見えるのである。
赤色に対する、青緑色のように、反対側の色を補色という。赤は青緑の補色である。同様に青緑は赤の補色である。
白色光に照らされた物質に色を感じる仕組みは、物質が吸収した色の補色を、色として感じるのである。
色素には炭素化合物などの有機化合物からなる有機系の色素と、無機化合物からなる無機系の色素がある。本節では有機色素について説明する。
化合物に色を付けるには、その構造中に可視光を吸収できる官能基が必要である。
可視光を吸収できて、物質に色を付けられる官能基を発色団（chromophore）という。
有機色素の発色団は、-C=Oや、-N=N- などのように共役ニ重結合を持った官能基である。
共役ニ重結合によりπ電子が動けるようになっているので、電磁波と電子が相互作用ができるようになり、外部からの光を吸収できるようになっている。（たとえば、金属などの自由電子を持つ物質は不透明だったのを思い出そう。）
発色団以外の官能基で、発色団の作用を強めたり、親水性を高め染色しやすくする官能基を助色団（じょしょくだん、auxochrome）という。助色団には、たとえば、-OHや-COOHや-NH2などがある。
アゾ基 -N=N- を発色団として持った染料をアゾ染料（azo dye）という。アゾ染料としてコンゴーレッド（congo red）やメチルオレンジ、メチルレッドなどが有る。コンゴレッドやメチルオレンジなどは染料の他の用途でも、pH指示薬として用いられることがある。
アニリンC6H5NH2などの芳香族アミンを希塩酸に溶かしたのち、亜硝酸ナトリウム水溶液を加える事で、ジアゾニウム塩を作ることができる。このジアゾニウム塩が、アゾ染料の原料となる。また、芳香族アミンをジアゾニウム塩にする処理をジアゾ化（diazotization）という。
アニリンC6H5NH2をジアゾ化する場合は、まずアニリンを希塩酸に溶かしてから、亜硝酸ナトリウムを加えることで、塩化ベンゼンジアゾニウム C6H5N2Clができる。
ジアゾニウム塩は水に溶け、陽イオンのベンゼンジアゾニウムイオン［C6H5-N≡N］+と、陰イオンの塩素イオンCl-とに電離する。
なお、-N≡N-の左側のNは４価である。これはイオン化のためである。
この4価を意識した構造式の書き方として、塩をC6H5N+≡N-Cl-と書いたり、陽イオンをC6H5-N+≡Nと書く場合もある。

この塩化ベンゼンジアゾニウムC6H5-N≡N-Clと、ナトリウムフェノキソドC6H5-ONaとから合成によってp-フェニルアゾフェノールC6H5-N≡N-C6H4-OHが作られる。
これは発色団-N≡N-と、助色団-OHを持つように、色素や染料として使えることから、一般に染料として
p-フェニルアゾフェノールは用いられる。
これは共役二重結合が２個のベンゼン環と窒素部分とつながっていて、共役二重結合が長い。
フェノキシドとして用いたフェノールの代わりに、ナフトールやアニリンなどでもカップリング反応は可能である。
天然に作られた色素の染料を天然染料（natural dye）と言い、合成によって得られた色素を用いた染料を合成染料（synthetic dye）という。
一般に、ヒトや動物の病気を治すために使用する物質を、医薬品という。
医薬品が、それを使用した生物におよぼす変化を薬理作用という。
一般に、医薬品は体内でさまざまな作用を起こす。このうち、治療の目的に沿った作用を主作用といい、それ以外の作用を副作用という。
人類は、古代から天然の植物などから医薬品として機能するものを採取して使用してきた。このような天然由来の医薬品を生薬という。
ケシの実から取れる果汁を乾燥させたアヘンも古代から知られている生薬の一つである。アヘンは、紀元前1500年のエジプトでは鎮痛剤として利用されていた。
19世紀初頭、アヘンから、麻酔・鎮痛薬のモルヒネが抽出された。
19世紀後半に、いくつかの薬の化学構造が解明され、これらの成果をもとに、いくつかの薬品が合成された。
1910年ドイツのパウル・エールリヒと秦佐八郎によって梅毒の治療薬サルバルサンがつくられた。
現在では、人工的に化学合成された有機化合物が、医薬品として多く使用されている。
古くから、ヤナギの樹皮には解熱作用や鎮痛作用が存在することが知られていた。これは、ヤナギの樹皮にあるサリシンが体内で加水分解されてサリチル酸を生じるためである。
19世紀初頭に、化学分析によって、サリシンや、それから生じるサリチル酸の存在が知られ、解明されていった。サリチル酸は、サリシンが体内で加水分解されて生じる。
19世紀に、サリチル酸は解熱鎮痛薬として、さかんに使われていたが、胃に悪影響を与えることが、しだいに分かっていった。そのため、19世紀後半ごろには副作用の弱いアセチルサリチル酸が開発され使用されるようになった。
アセチルサリチル酸は1898年にドイツで「アスピリン」の商品名で医薬品として売り出され、現在でも解熱鎮痛薬としてアスピリンの名前で世界各地で売られている。（日本では、『バファリン』にも、アスピリンが含まれている。）
現在では、サリチル酸系の多くの医薬品が存在している。
また、サリチル酸にメタノールを反応させて作ることのできるサリチル酸メチルは、消炎鎮痛薬（筋肉痛などを抑える薬）として用いられている。たとえば、『サロンパス』などのように、サリチル酸メチルは湿布薬として用いられていたりする。
なお、これらサリチル酸系の解熱薬は、けっして細菌などを攻撃してるのではなく、熱や炎症などの症状をやわらげるだけである。このように、病原菌を攻撃せず、症状をやわらげる事が主な作用の医薬品を、対症療法薬という。
またなお、サリチル酸メチルは揮発性の液体である。
人体で、アセチルサリチル酸の薬が炎症や発熱などを抑える仕組みは、人体でケガなどの異常があったときに炎症などを起こして回復させようとする体内物質のプロスタグランジン（prostaglandin、略称:PG）という物質の合成を妨害するからである。（※ プロスタグランジンは検定教科書（高校理科の化学）の範囲外だが、文英堂シグマベストの高校化学参考書などに、プロスタグランジンとアセチルサリチル酸との関係の解説がある。）
よって、アセチルサリチル酸は、けっして、おおもとのケガを治すわけではないし、けっして病原菌を退治するわけでもない。
このプロスタグランジンは、炎症以外にも、人体に必要なさまざまな現象で関わってくるので、よってプロスタグランジンの合成が阻害されると、さまざまな副作用が起こりうるのである。
プロスタグランジンは、脂肪酸を原料としていて、体内で合成される生理活性物質である。プロスタグランジンは、いわば、ホルモンのようなものである（詳しい説明は高校の範囲を超えるので省略）。
アニリンから得られるアセトアニリドにも解熱鎮痛作用があるが、副作用が重いため、現在は使用されていない。
かわりに、アセトアニリドの誘導体であるアセトアミノフェン（p-アセトアミドフェノール）が、風邪薬などに含まれてる。
1939年にドイツのドーマクが、アゾ染料の一種のプロントジルに、細菌の増殖を阻害する作用があることを見つけた。
のちに、プロントジルから生じるスルファニルアミド  に、細菌の増殖をおさえる作用があることが分かった。これは、細菌が発育に必要な葉酸を合成するさいの酵素を阻害するからである。
細菌はp-アミノ安息香酸 から葉酸を合成しているが、スルファニルアミドはp-アミノ安息香酸に似た構造を持ってるため、酵素を阻害する。
現在では、一般に、スルファニルアミドの骨格をもつ抗菌剤を、硫黄を元素にもつことから、サルファ剤（salfa drug）という。
微生物がつくりあげる化学物質で、ほかの微生物や細菌を殺したり、ほかの微生物や細菌の増殖を阻害したりする作用（抗菌作用）のあるものを抗生物質（antibiotics）という。
1929年にイギリスのフレミングは、アオカビから取れる物質に、このような抗菌作用があることを見つけ、この物質にペニシリン（Penicillin）と名付けた。
のちに、ペニシリンは、細菌のもつ細胞壁の合成を阻害するため、抗菌作用を示すことが分かった。
細菌は突然変異により、抗生物質の効かない細菌が生まれることがある。このような細菌を耐性菌という。 抗生物質を無闇に使い続けると、このような抗生物質のきかない微生物だけを残して増やしてしまう。
ペニシリンの効かない耐性菌もすでに存在しており、そのような病原菌には抗生物質メチシリンや抗生物質バンコマイシンが使われることがあるが、そのメチシリンの効かない耐性菌MRSAや、バンコマイシンの効かない耐性菌VRSAなどの耐性菌も出現しており、医療現場では大きな問題になってる。
このため、抗生物質ばかりに頼らず、手洗いや消毒などをきちんと徹底したりすることが、求められてる。
なお、ストレプトマイシンは、結核にきく抗生物質である。土壌細菌のつくる物質からストレプトマイシンが発見された。
サルファ剤や抗生物質のように、病気をおこす細菌や微生物を、直接、細菌への破壊的な作用を起こすことで、病気を治療する医薬品を化学療法薬という。
ペニシリンG の構造のβラクタムという部分が、細菌の細胞壁の合成をする酵素を阻害する。


炭化水素の水素をヒドロキシ基 -OHで置換した構造の化合物をアルコール（alcohol）という。
アルコールは分子中のヒドロキシ基の個数や結合の仕方による、いくつかの分類がある。
アルコール分子中のヒドロキシ基の個数を価数という。分子中のヒドロキシ基が1個のものを1価アルコール、2個のものを2価アルコールなどという。2価以上のものを多価アルコールという。
ヒドロキシ基に結合している炭素原子に結合している炭素原子の個数が、1または0個ものを第一級アルコール、2個のものを第二級アルコール、3個のものを第三級アルコールという。
二クロム酸カリウムなどで、第一級アルコールと第二級アルコールを酸化すると、それぞれアルデヒド、ケトンを生じ、アルデヒドをさらに酸化するとカルボン酸になる。第三級アルコールは酸化されにくい。
アルコールは親水性のヒドロキシ基と疎水性の炭化水素基をもつ。そのため、エタノールなどの低級アルコールや、グリセリンのような-OH基の多いアルコールは、水に溶けやすい。炭素数の割合が多くなると炭化水素としての性質が強くなり、水に溶けにくくなる。たとえば、炭素数が4の1-ブタノールや炭素数が5の1-ペンタノールは水に難溶である。
また、アルコールは水に溶けても電離しないため中性である。
アルコールのOH基によって、水素結合が形成されるため、分子量が同程度の炭化水素と比べて、沸点や融点が高い。
アルコールに金属ナトリウムNaを加えると、水素が発生し、ナトリウムアルコキシド R-ONa を生じる。
炭素数が多いほどナトリウムと穏やかに反応するようになる。この反応は有機化合物中のヒドロキシ基の有無を調べる一つの方法である。
ナトリウムアルコキシド（R-ONa）に水を加えると、加水分解して水酸化ナトリウムを生じるため塩基性を示す。
第一級アルコール

⟶

{\displaystyle {\ce {->}}}
  アルデヒド

⟶

{\displaystyle {\ce {->}}}
  カルボン酸
第二級アルコール

⟶

{\displaystyle {\ce {->}}}
  ケトン
濃硫酸を加熱して約130℃にしたものに、アルコールを加えると、アルコール分子内での脱水反応が起きたり、もしくはアルコールの2分子間で脱水反応が起きて、エーテルやアルケンを生じる。
具体的には、エタノールと濃硫酸とを混合し、約170℃に加熱するとエチレンを生じる。約130℃で加熱すると、分子間脱水が優先してジエチルエーテルを生じる。
なお、このジエチルエーテルの生成のように、2つの分子間から水などの小さな分子がとれて1つの分子になることを、縮合（condensation）という。
メタノール（CH3OH）はメチルアルコールとも呼ばれる、無色透明の液体である。
人体には有毒で、飲むと失明の恐れがある。水と混和する。
メタノールの製法は、触媒に酸化亜鉛 ZnO と

Cr
2

O
3

{\displaystyle {\ce {Cr2O3}}}
 を用いて、一酸化炭素 CO と水素 H2 とを反応させる。
メタノールは、溶媒や燃料のほか、薬品の原料や化学製品の原料などとして、用いられている.
二クロム酸カリウム水溶液などによりメタノールは酸化され、ホルムアルデヒドとなる。
エタノール（C2H5OH）は無色透明の液体である。エチルアルコールとも呼ばれる。アルコール飲料（酒）に含まれている。糖やデンプンなどの発酵により、エタノールが得られる。
工業的にはエチレンに水分子を付加することにより合成される。
濃硫酸には脱水作用があるため、エタノールと濃硫酸とを混合して加熱すると脱水反応がおこる。しかし、温度により異なった脱水反応がおこり、異なる物質が生成する。130℃程度で反応させるとエタノール2分子から水が取り除かれてジエチルエーテルを生じる。
一方、160℃程度で反応させるとエタノール1分子の中で水が取り除かれ、エチレンを生じる。
エチレングリコール（1,2エタンジオール）は、2価アルコールであり、無色で粘性が高い、不揮発性の液体である。水と混和する。
自動車のラジエーターの不凍液として用いられる。また、合成繊維や合成樹脂の原料としてもエチレングリコールは用いられる。
エチレングリコールには甘味があるが、毒性がある。
エチレンを（ある触媒のもと）酸素と反応させ、「エチレンオキシド」という物質をつくる。（カッコ内「ある触媒のもと」は、検定教科書にない説明。wikibooksによる追記。）
そして、そのエチレンオキシドを（酸によって）加水分解させ、エチレングリコールをつくれる。（カッコ内「酸によって」は、検定教科書にない説明。wikibooksによる追記。）
つまり、
という反応である。
※ 「エチレンオキシド」が高校範囲外である。かなり高度な受験参考書ですら、「エチレンオキシド」については触れられてない場合がほとんどである。なので高校生は、「エチレンオキシド」について大学受験では暗記の必要は無いだろう。
1,2,3-プロパントリオール（グリセリン）は、3価アルコールであり、無色で粘性が高い、不揮発性の液体である。水とは任意の割合で溶け合う。無毒であり甘味があるので、化粧品や医薬品の原料などに用いられる。火薬（ニトログリセリン）の原料や合成樹脂の原料ともなる。
動物の体内に存在する油脂は、グリセリンと脂肪酸のエステルである。
酸素原子に2個の炭化水素基が結合した構造

R
−
O
−

R
′

{\displaystyle {\ce {R-O-R'}}}
 をもつ化合物をエーテル(ether)という。エーテル中での-O-の結合を、エーテル結合という。
エーテルは1価アルコールと構造異性体の関係にある。たとえばジメチルエーテルとエタノールは互いに異性体である。
エーテルはヒドロキシ基 -OH を持たないため、水に溶けにくく、水素結合をしないため、エーテルの沸点・融点はアルコールよりも低い。 たとえば、沸点はジメチルエーテル CH3-O-CH3 の融点は－145℃であり沸点は －25℃ であり、分子量が同程度のエタノール（沸点78℃）とくらべて、かなり低い。
また、エーテルは、ナトリウムとも反応しない。
アルコールを濃硫酸と混合して脱水縮合させることでエーテルが生成する。
ジエチルエーテル（diethyl ether）は無色で揮発性の液体であり、引火しやすいため取り扱いに注意が必要である。麻酔性がある。 ジエチルエーテルは水には溶けにくく、有機物をよく溶かすので、有機溶媒としても用いられる。油脂などの有機化合物を抽出するさいの溶媒として、ジエチルエーテルが用いられる。
エタノールに濃硫酸を加えて130~140°Cで加熱するとジエチルエーテルが生成する。
単にエーテルというと、ジエチルエーテルを指す。
ナトリウムアルコキシド

R
−
ONa

{\displaystyle {\ce {R-ONa}}}
 とハロゲン化炭化水素

R
′
X

{\displaystyle {\ce {R'X}}}
 の縮合によってエーテルが生成する。
R
−
ONa
+
R
′
X
⟶
R
−
O
−

R
′
+
NaX

{\displaystyle {\ce {R-ONa + R'X -> R-O-R' + NaX}}}
原子団をカルボニル基（carbonyl group）といい、カルボニル基をもつ化合物のことをカルボニル化合物（carbonyl compound）という。
ホルミル基 -CHO をもつ化合物をアルデヒド（aldehyde）という。
ホルミル基はカルボニル基の一方が水素である構造をしている。
また、カルボニル基に2個の炭化水素基が結合した化合物 R -CO- R’ のことをケトンという。
カルボニル化合物には、アルデヒド、ケトン、カルボン酸などがある。
アルコールで学んだように、第一級アルコールを酸化するとアルデヒドが得られ、アルデヒドを酸化するとカルボン酸になる。
アルデヒド基には還元性があり、他の物質を還元して自らは酸化されやすい。つまりアルデヒドはカルボン酸になりやすい。
そのため、アルデヒドは銀鏡反応やフェーリング反応といった還元性の有無を調べる反応により検出することができる。
分子量の小さいアルデヒドやケトンは、水に溶けやすい。
アンモニア性硝酸銀水溶液にアルデヒドをくわえて加熱すると、銀イオン Ag+ が還元されて、銀 Ag が析出する。これを銀鏡反応（silver mirror test）といい、アルデヒドのような還元性のある物質を検出することに利用される。 試験管に銀が付着して鏡のようになることから、銀鏡という名前が付いている。
銀鏡反応は、以下のような反応である。 このアンモニア性硝酸銀水溶液にアルデヒドなどの還元性のある物質を加え、湯浴で加熱すると、ジアンミン銀(I)イオンが還元されて単体の銀が析出し、試験管の壁に付着する。アルデヒド自身は酸化されてカルボン酸となる。
フェーリング液（Fehling′s solution）と呼ばれる液体にアルデヒドを加えて加熱すると、フェーリング液中の銅（II）イオンCu2+が還元されて、酸化銅(I) Cu2Oの赤色沈殿が生成することから、アルデヒドが還元性をもつことを確認することができる。この反応をフェーリング反応という。なお、アルデヒド自身はこのフェーリング反応で酸化されてカルボン酸となる。
ホルムアルデヒド（HCHO）はもっとも単純な構造のアルデヒドであり、水に溶けやすい無色刺激臭の気体である。ホルマリン（formalin）はホルムアルデヒドの約37%水溶液であり、動物標本の保存溶液や、消毒剤として用いられる。
（※ 分子量の小さいアルデヒドは一般に、水溶性である事を思い出そう。そもそもカルボニル基が水溶性。）
ホルムアルデヒドはメタノールを酸化することで得られる。銅線を加熱して酸化銅(Ⅱ)とし、これを試験管に入れたメタノールに近づけると、メタノールが酸化されてホルムアルデヒドを生じる。
なお、銅線を加熱して酸化銅にする方程式は
なので、これとまとめて、反応式を
と書く場合もある。
なお、ホルムアルデヒドがさらに酸化されると、ギ酸になる。ギ酸も条件によってはさらに酸化されて二酸化炭素と水を生じる。
アセトアルデヒド（CH3CHO）は分子中に炭素が2つあるアルデヒドであり、水や有機溶媒によく溶ける。
（※ 分子量の小さいアルデヒドは一般に、水溶性である事を思い出そう。そもそもカルボニル基が水溶性。）
実験室ではアセトアルデヒドは、エタノールを酸化することで得られる。エタノールに酸化剤として硫酸酸性の二クロム酸カリウムK2Cr2O7 水溶液を加え加熱すると、アセトアルデヒドが生じる。
また、工業的にはアセトアルデヒドの製法は、塩化パラジウム PdCl2 と塩化銅 CuCl2 を触媒に用いて、酸素によってエチレンを酸化することでも得られる。
アセトアルデヒドは、酢酸の原料や防腐剤として用いられる。
アセトアルデヒドがさらに酸化されると、酢酸になる。
（※ 高校化学の範囲内。第一学習社の検定教科書に記述あり。）
日本酒や洋酒など、市販のアルコール飲料は、エタノールの水溶液である。
ヒトが酒（エタノール水溶液）を飲むと、おもに腸でエタノールが吸収され、血管を通って肝臓に運ばれ、そして肝臓で酵素によってアセトアルデヒド CH3CHO に分解される。さらに別の酵素によって、酢酸 CH3COOH に変化する。そして最終的に、二酸化炭素と水に分解される。
（※ 範囲外:） 検定教科書には書かれてないが、カルボニル基には極性があり、Cがδ＋の電荷を帯びており、Oがδーの電荷をおびている。
二重結合を介して、
のように分極している。
また、カルボニル基をもつ簡単な分子は水に溶けやすい理由として、おそらく、カルボニル基の酸素原子が、溶液の水素分子と水素結合をするためであろう、と考えられている。（※ 参考文献: サイエンス社『工学のための有機化学 新訂版』、新井貞夫、185ページ） つまり、C=Oは親水基であろうと考えられている。（※ 参考文献: 『チャート式シリーズ 新化学I』平成19年第5刷）
ケトン基（-CO-）を分子中に含む物質を一般にケトンと呼ぶ。右には主なケトンを示す。
第二級アルコールを酸化するとケトンが得られる。逆に、ケトンを還元すると、第二級アルコールになる。
ケトンはアルデヒドと同様にC=Oの二重結合を持つ。このアルデヒド基・ケトン基のC=Oの二重結合をまとめてカルボニル基と呼ぶことがあるが、ケトンはアルデヒドと異なり、ケトンは還元性を持たない。そのため、ケトンは、銀鏡反応やフェーリング反応を起こさない。
また、アルデヒドはさらに酸化されてカルボン酸となるが、ケトンは酸化されにくい。
アセトン（CH3COCH3）はもっとも単純な構造のケトンである。アセトンは無色の芳香のある液体（沸点56℃）であり、アセトンは水に混ざりやすい。また、アセトンは、有機溶媒としても用いられる場合がある。
実験室でのアセトンの製法は、第二級アルコールである2-プロパノール（CH3CH(OH)CH3）を酸化することで得られる。2-プロパノールに酸化剤の硫酸酸性二クロム酸カリウム水溶液を加え加熱すると、アセトンを生じる。
また、アセトンは酢酸カルシウムの乾留によっても、実験室でアセトンを得ることができる。酢酸カルシウムの固体を試験管に入れ、加熱すると、アセトンを生じる。
工業的には、クメン法によって作られる。
水酸化ナトリウム水溶液のような塩基性溶液中、アセトンにヨウ素を反応させると、特有の臭気をもつヨードホルム CHI3 の黄色沈殿が生成する。この反応をヨードホルム反応（iodoform reaction）という。
このヨードホルム反応は、アセチル基 CH3CO- を持つケトンやアルデヒド、または部分構造 CH3CH(OH)-（1-ヒドロキシエチル基）を持つアルコールが起こす。
酢酸はCH3CO-構造を含むが、酢酸はカルボン酸であり、ケトンやアルデヒドではないのでヨードホルム反応は起こさない。酢酸エチルも、ヨードホルム反応を起こさない。
ヨードホルム反応の起きる代表的な化合物は、アセトン、アセトアルデヒド、エタノール、2-プロパノールなどである。
カルボキシ基 -COOH を含む化合物をカルボン酸という。
アルデヒドの部分で学んだように、アルデヒドを酸化するとカルボン酸が得られる。
カルボン酸の酸性の原因は、COOHの部分の水素Hが水溶液中で電離するからである。
脂肪族の1価カルボン酸を脂肪酸という。
分子中の炭素数が少ない脂肪酸を低級脂肪酸、炭素の多い脂肪酸を高級脂肪酸という。また、炭素間結合が単結合のみの脂肪酸を飽和脂肪酸、二重結合または三重結合を含む脂肪酸を不飽和脂肪酸という[1]。
分子中にカルボキシ基を1つ持つカルボン酸を1価カルボン酸（モノカルボン酸: mono-carboxylic acid）といい、カルボキシ基を2つ持つカルボン酸を2価カルボン酸（ジカルボン酸: di-carboxylic acid）という。
ギ酸 HCOOH は常温常圧では刺激臭のある無色の液体で、水溶液は酸性を示す。ギ酸は人体に有害で皮膚や粘膜を侵す。
ギ酸はホルミル基を持つため、還元性があり、酸化剤と反応させるとギ酸自身は酸化されて二酸化炭素となる。
ギ酸は濃硫酸を加えて加熱すると一酸化炭素を生じる。
HCOOH
⟶
H
2

O
+
CO
↑

{\displaystyle {\ce {HCOOH -> H2O + CO ^}}}
酢酸 CH3COOH は常温常圧では刺激臭のある無色の液体で、水溶液は酸性を示す。
亜鉛などの金属と反応して水素を発生する。
また、酢酸は弱酸だが炭酸よりは強い酸であるため、炭酸塩と反応して二酸化炭素を生じる。
また、酢酸は融点が17℃であり、純度の高い酢酸は冬場になると氷結してしまう。そのような酢酸を氷酢酸と呼ぶ。
酢酸は次のように2分子が水素結合で結合した二量体として存在する。
このため、酢酸の気体から分子量を測定する実験をすると、実験方法によっては、酢酸の分子量の約60の2倍の値である分子量120ほどの実験値が得られる場合もある。
これはその他のカルボン酸にも見られる。
カルボン酸が同程度の分子量のアルコールやアルカンよりも沸点や融点が高いのは、カルボン酸がこのように二量体を形成するからである。
マレイン酸とフマル酸（COOHCH=CHCOOH）はどちらも不飽和ジカルボン酸であり、シス-トランス異性体の関係にある。
マレイン酸とフマル酸の化学的性質は大きく異なる。
マレイン酸は160℃で加熱すると脱水反応を起こし無水マレイン酸になる。これは、2つのカルボキシ基の位置関係の違いによるものである。カルボキシ基の位置が遠いトランス形のフマル酸ではこの反応は起こらない。
カルボン酸は果物に多く含まれている。たとえばブドウに含まれる酒石酸や、柑橘類に含まれるクエン酸、リンゴに含まれるリンゴ酸はいずれもカルボン酸である。
分子中にCOOH基とOH基をもつカルボン酸をヒドロキシ酸（Hydroxy acid）という。
乳酸は、糖類の発酵によって生じる。
乳酸（lactic acid）は、ヨーグルトなどの乳製品に含まれているヒドロキシ酸である。乳酸は炭素原子に結合している4つの原子や原子団が、4つとも異なる。このように、4本のうでにそれぞれ異なる置換基が結合した炭素原子を、不斉炭素原子（asymmetric carbon atom）という。たとえば、乳酸（CH3CH(OH)COOH）には不斉炭素原子が1個存在する。
上図を見ると分かるように、*印をつけた炭素原子の周りに、それぞれ色分けされた4つの異なる置換基が結合しているのが分かる。この*印がついた炭素原子が不斉炭素原子である。
ここで上の構造式は平面上に書かれているが、現実にはこの分子は立体として存在する。不斉炭素原子を中心とした正四面体の各頂点に、結合軸が配置しているのである。すると、構造式が上のように同一であっても、立体的にはどう動かしても重ね合わせることのできないものが存在する。これらは、たがいに鏡に写した関係にある。
このように、鏡写しの関係になった異性体を鏡像異性体（enantiomer）[3]という。
鏡像異性体の一方をL体といい、もう一方をD体という。
鏡像異性体のたとえとして、右手と左手との関係にたとえられる。
鏡像異性体は、融点や密度などの物理的性質や、化学反応に対する化学的性質はほとんど同じである。しかし、旋光性や、味、匂いなどの生理作用が異なる。
カルボン酸が比較的に水に溶けやすいものが多いのは、水素結合によると考えられている。
また、カルボン酸と同程度の分子量のアルコールよりも、カルボン酸は水溶性が高い。（※ 参考文献: 新井貞夫、『工学のための有機化学』、サイエンス社、2014年新版、P212）
とはいえ、酢酸こそ水に溶けやすいものの、無水酢酸は水に溶けにくい。
答えのヒントをいうと、カルボン酸の二重結合がヒントである。
もちろん化学は実験にもとづく学問であるから、実験結果は最終的に覚えてもらわないといけないわけで、「酢酸の水素が電離する際に、カルボキシ基の側の水素だけが電離する。けっしてメチル基の側の水素は電離しない。」という事も、覚えてもらう必要がある。
いくつかの理由が考えられているが、有力説のひとつとして、「共鳴」構造という理論がある。
図のように、電離した結果、二重結合の結合手は1本ぶん余るが、その結合手はけして、どちらか片方の酸素原子Oに局在してるのではなくて、両方の酸素原子に共有されている、と考えられている。

-COO- で表される構造をエステル結合(ester bond)という。エステル結合をもつ化合物をエステル（ester）といい、エステルを生成する脱水反応をエステル化（esterification）という。
カルボン酸とアルコールを酸触媒で加熱するとエステルが生成する。
比較的小さな分子量のエステルは果物に似た香りを持つため、香料に使用されるものもある。また、自然界にも、果実の香り成分として、小さな分子量のエステルが存在している。
エステルは水には溶けにくく、有機溶媒に溶ける。
エステルは加水分解してカルボン酸とアルコールが生成する。
エステル化反応は可逆反応であり、エステル化と同時に加水分解も起こっている。そのため、エステルを多く生成するためにしばしば脱水剤や触媒として濃硫酸が用いられる。
エステルは、水酸化ナトリウムのような強塩基の水溶液をくわえて加熱すると、カルボン酸の塩とアルコールに加水分解される。このような、強塩基によるエステルの分解反応をけん化（saponification）という。
酢酸とエタノールの混合物に触媒として濃硫酸をくわえて加熱すると、酢酸エチル（ethyl acetate）CH3-COO-C2H5 が得られる。
酢酸エチルは、果実のような香りをもつため、香料として用いられる。
酢酸エチルは、沸点77℃であり、揮発性の液体であり、水より軽い。
カルボン酸とアルコールの反応だけではなく、オキソ酸とアルコールとの間の脱水反応もエステル化と呼ぶ。例えば、アルコールであるグリセリンと、オキソ酸である硝酸が脱水・エステル化すると、ニトログリセリンを生じる。ニトログリセリンは爆発性のある物質で、ダイナマイトなどに用いられる。
脂肪酸とグリセリン

C
3

H
5

(
OH
)

3

{\displaystyle {\ce {C3H5(OH)3}}}
 がエステル結合した化合物を油脂という。
油脂のうち、常温で固体の油脂を脂肪（fat）、液体の油脂を脂肪油（fatty oil）という。
脂肪は飽和脂肪酸により構成されているものが多く、脂肪油は不飽和脂肪酸により構成されているものが多い。
これは、飽和脂肪酸は直線状であるのに対して、不飽和脂肪酸は二重結合の部分で折れ曲がった形をしているため、この立体構造により分子同士が近づきにくくなり、分子間力が働きにくくなるため、不飽和脂肪酸の融点が低くなることによる。
天然の油脂を構成する脂肪酸には炭素数が16か18のものが多い。
以下に、油脂を構成する主な脂肪酸の例を示す。
不飽和脂肪酸の炭素間二重結合では、アルケンと同様に付加反応が起こる。油脂を構成する不飽和脂肪酸に、ニッケル Ni を触媒として用いて水素を付加させると、融点が高くなるため、常温で固体の油脂へと変化する。このようにして脂肪油から生じた固体の油脂を硬化油（hardened oil）という。植物油をもととする硬化油はマーガリンなどに用いられる。硬化により飽和脂肪酸とすることには、長期間の保存の間に空気中の酸素が不飽和結合に付加して酸化されることを防ぐ役割もある。
油脂に水酸化ナトリウムを加えて加熱すると、油脂はけん化されて、高級脂肪酸のナトリウム塩（セッケン）とグリセリンになる。
洗い物などでもちいる石鹸（せっけん）とは、このような高級脂肪酸のナトリウム塩である。
さて、油脂1分子に、エステル結合が3つある。よって油脂1molのけん化には、水酸化ナトリウム3molが必要になる。
セッケンは弱酸と強塩基の塩であるが、水中ではセッケンは一部が加水分解し、弱塩基性を示す。
セッケンの炭化水素基部分（図中 R- の部分）は疎水性である。セッケンのカルボキシル基COONaの部分は親水性である。
水中では、多数のセッケンの疎水基の部分どうしが集まり、親水基を外側にして集まる構造のコロイド粒子のミセル（micelle）になる。
セッケン分子のように、分子中に親水基と疎水基を合わせ持つ物質を界面活性剤という。
セッケン水に油を加えると、セッケンの疎水部分が油を向いて、多数のセッケン分子が油を取り囲むので、油の小滴が水中に分散する。このような現象を乳化（にゅうか、emulsification）という。そして、セッケンのように、乳化をおこさせる物質を乳化剤という。
セッケンの洗浄作用の理由は、主に、この乳化作用によって、油を落とすことによる。
セッケンは水の表面張力を低下させる。
油脂に水酸化ナトリウム水溶液を加え加熱するとけん化して、高級脂肪酸のナトリウム塩とグリセリンを生じる。この高級脂肪酸の塩をセッケンという。脂肪酸は弱酸であり、水酸化ナトリウムは強塩基であるから、これらの塩であるセッケンの水溶液は弱塩基性を示す。
セッケン分子は、疎水性の炭化水素基と、親水性のイオン基からなる。このように、親水基と疎水基を両方持つ物質を界面活性剤あるいは乳化剤という。
このセッケン分子は疎水部を内側に、親水部を外側に向けて寄り集まった状態で集まって粒子（ミセル）を形成し、水に溶けている。水溶液中に油が存在すると、セッケン分子が油の周囲を取り囲み、疎水部は油となじみ、親水部は外側へ向いて、微粒子を形成し水溶液中へ分散し、水溶液は白濁する。この現象を乳化という。
この乳化作用により、油汚れを洗浄することができる。
マヨネーズの油と水をくっつける、卵黄のレシチンも乳化剤である。
なお、一般に、水と油の界面に配列する物質が、食べられない物質の場合に界面活性剤という場合が多い。いっぽう、食品などからつくった場合などで、食べられる場合には乳化剤という場合が多い。明確には決まっていない（検定教科書でも、とくに決められてはいない）。
セッケンがカルシウムイオンCa+やマグネシウムイオンMg+などの溶けた硬水と混じると、水に溶けにくい塩 (R-COO)2Ca などが生じるので、セッケンの泡立ちが悪くなる。
陽イオン界面活性剤には、洗浄力は無く、柔軟剤などとして使われる。陽イオン界面活性剤による洗剤は、逆性セッケンとも言われる。
セッケンは、陰イオン性界面活性剤である。
両性界面活性剤は、酸性溶液中では陽イオンになり、塩基性溶液中では陰イオンになる。
しかし、セッケン分子は

Ca
2
+

{\displaystyle {\ce {Ca^2+}}}
や

Mg
2
+

{\displaystyle {\ce {Mg^2+}}}
と反応して水に溶けにくい塩を生じる。そのため、イオンを多く含む硬水や海水中では洗浄力が落ちる。
このようなセッケンの短所を改良したアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム R-C6H4-SO3-Na+（略称:ABS）やアルキル酸ナトリウム R-SO3-Na+ （略称:AS）は、高級アルコールや石油などから人工的に合成される。
これらアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムやアルキル酸ナトリウムを合成洗剤（synthetic detergent）という。
ASの製法は、高級アルコールの1-ドデカノール C12H25-OH に濃硫酸 H2SO4 を作用させるとエステル化されることで硫酸水素ドデシル C12H25-SO3H ができ、この硫酸水素ドデシルを水酸化ナトリウムで中和することで硫酸ドデシルナトリウム C12H25-SO3Na が得られる。
炭化水素基が結合したベンゼン（アルキルベンゼン）を濃硫酸とスルホン化すると、アルキルベンゼンスルホン酸が得られる。このアルキルベンゼンスルホン酸を水酸化ナトリウムで中和することでアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが得られる。
セッケン水溶液は弱塩基性である。いっぽう、合成洗剤は強酸と強塩基の塩であるため、加水分解せず、よってアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどの水溶液は中性である。また、合成洗剤は、硬水中でも持ち手も、不溶性の沈殿を作りにくい。
合成洗剤の分子は、疎水部と親水部からなり、乳化作用により油汚れを洗浄することができる。
合成洗剤には、その洗剤としての働きを助けるため、界面活性剤以外にも、さまざまな成分が入っている。
ひとくちの合成洗剤といっても、台所用洗剤や洗濯用洗剤など、いろいろとあり、その種類によって、組成などの違う。
洗濯用洗剤では、合成洗剤の添加剤をビルダー（builder）という。
たとえば、洗浄力を落とすカルシウムイオンやマグネシウムイオンを取り除くため（合成洗剤はセッケンとは違い、これらのイオンがある硬水でも洗浄力を持つが、それでも、これらのイオンが無い軟水のほうが良い洗浄効果をもつ）、ゼオライト（アルミノケイ酸ナトリウム）などが入ってる。
なお、かつてリン酸塩がこれらのイオンを除くための添加剤として用いられていたが、排水が河川などの富栄養化をまねき水質汚染の原因となるため、現在はあまり用いられてない。日本では、1980年ごろから、合成洗剤での水の軟水化のための添加剤がリン酸塩からゼオライトに切り換えられた。
そのほか、タンパク質汚れを落とすための分解酵素プロテアーぜや、油汚れを落とすための脂肪分解酵素リパーぜなど、酵素が添加されていたりする。
また、一般にアルカリ性のほうが汚れが落ちやすいので、炭酸ナトリウムが添加剤として加えられる。なお、台所洗剤やシャンプーでは、アルカリが身体を痛めるため、このようなアルカリ性の物質は加えられない。


ベンゼンの1置換体（たとえばトルエンなど）に、さらに置換反応を行わせた場合、2つめの置換基の位置は、すでに結合している置換基によって決まる。
トルエンをニトロ化させた場合、オルトｰパラ配向性である。
よって、o-ニトロトルエンまたはp-ニトロトルエンが出来る。
このような実験事実にもとづき、「CH3はオルトパラ配向性である」という。
このように、もとから存在した側の置換基が配向性の基準になる。
なので、もとから存在した側の置換基を配向性の基準にする。
ニトロベンゼンのニトロ化物をつくる反応の結果は、通常の反応では、メタの位置に結合した生成物である m-ジニトロベンゼン がほとんどである。このことから、（ベンゼンにもとからついていた最初のニトロ基のほうの）ニトロ基を「メタ配向性である」のように言う。

上記の表の配向性の基準は、ベンゼン環にもとから着いていたほうの置換基である事に、気をつけよう。
メタ配向性の分子（たとえばニトロベンゼンなど）は、反応性が悪いことが、実験的に確かめられている。（← この実験事実が、ふつうの高校教科書には書かれてない。）（※ この実験事実についての参考文献: サイエンス社『工学のための有機化学』、荒井貞夫、新訂版、2014年1刷、114ページ。）（※ 参考文献: 化学同人『ベーシック有機化学』、山口良平・山本行男・田村類、第2版6刷、2015年3月1日発行,90ページ）
メタ配向性の置換基だと反応活性が悪くなる理由は（高校レベルの説明では）、ニトロ基が、ベンゼン環のπ電子を求引してしまってるため、ベンゼン環全体の電子密度が低下してしまっているからである、・・・と考えられている。（※ 参考文献: 数研出版『視覚でとらえる フォトサイエンス 化学図鑑』、183ページ）
このため、ニトロ基（ｰNO2）などのメタ配向性置換基のように、反応性を低下させる置換基のことを「不活性化基」ともいう。
逆に、オルト・パラ配向性の分子（たとえばトルエンなど）は、反応性は悪くない分子である場合の多いことが、実験的に確かめられている。トルエンが、通常のベンゼン環よりも反応性が高いことが、実験的に確かめられている。ベンゼンとニトロトルエンとの1:1混合物をニトロ化すると、ニトロベンゼンはあまり生じず、おもにニトロトルエンの異性体が生じる。（※ この実験事実についての参考文献: サイエンス社『工学のための有機化学』、荒井貞夫、新訂版、2014年1刷、114ページ。）これは、メチル基がベンゼン環に電子を供与しているからである、と考えられている。（※ 参考文献: サイエンス社『工学のための有機化学』、荒井貞夫、新訂版、2014年1刷、118ページ。）
なお、 トルエンにおけるメチル基（ｰCH3）などのように、反応を活性化する置換基を「活性化基」ともいう。
メチル基など、ベンゼン環など接合している分子構造に対して電子を供与する性質のことを電子供与性（でんしきょうよせい）という。
オルト・パラ配向性置換基が、かならずしも活性化基とは限らない。しかし、メタ配向性置換基はすべて不活性基である。（※ 参考文献: 実教出版の検定教科書、平成24年検定済、382ページ）
そして上表にも挙げられてるオルト・パラ置換基で活性化基である -OH、-CH3 、-NH2 、-NHCOCH3 、-OCH3 は、電子供与性である。
トルエンの反応性がベンゼンよりも高いのは、トルエンのメチル基が電子供与性であるため、反応中間体が安定化するからである。
いっぽう、ニトロ基などのメタ配向性置換基のように、ベンゼン環の電子を引きよせる性質を電子求引性であるという。そして、ニトロ基などは電子求引性であるため、ベンゼン環のπ電子を引きよせるため、ベンゼン環全体の電子密度が低下してしまい、そのためベンゼン環を不活性化するのである。（※ というのが高校レベルの説明。）
なお、ハロゲンがオルト・パラ置換基なのに不活性化基である。
ハロゲンは電気陰性度が高いことが、電子求引性に寄与している。いっぽうでハロゲンは非共有電子対が多いため、それが電子供与性に寄与している、と考えられている。（参考文献: サイエンス社『工学のための有機化学』、荒井貞夫、新訂版、2014年1刷、120ページ）
活性化基は、反応途中に生成する中間体を安定化させるために、活性化エネルギーが下がっている、・・・と考えられている。（※ 実教出版の検定教科書でも、この事を解説している。）
逆に、不活性化基は、中間体が不安定なため、活性化エネルギーが高い、・・・と考えられている。
ハロゲン原子は電気陰性度が高いことを、高校で習う。
そして、不活性化基には、「電子求引性」という用語のように、電気的な性質が関係している。
よって、電気陰性度と電子吸引性には、あきらかに関係がある。また、電気陰性度から計算できる「分極」も、関係ありそうである。なお化学では、電気陰性度と分極のをまとめて「誘起効果」という。
実際、大学の教科書でも、電気陰性度や分極を、電子吸引性や電子供与性に関連づけて、考察している。
参考文献では明言されてないが、化学式の構造と、電子求引/供与のちがいとの関連には、下記のような傾向がある。
「ベンゼン環に直接くっつく C＝O 二重結合は、共鳴によってメタ配向性に寄与する傾向がある」
メタ配向性の -COOHや-COCH3 のように、ベンゼン環に直接 -CO がつくと、メタ配向性になる傾向がある。
また、おなじくメタ配向性の -CHO も、構造式をみると、C＝O という二重結合がある。もちろん、 -COOHや-COCH3 の構造式にも C＝O 二重結合がある。
このことから、どうやら「ベンゼン環に直接くっつく C＝O 二重結合は、メタ配向性に寄与する傾向がある」ようである。
いっぽう、オルトパラ配向性にある -NHCOCH3 は、構造中に二重結合をもつが、しかしベンゼン環には直接はC＝Oはくっついてない。
さてカルボン酸には、共鳴という現象が知られている。この共鳴が、メタ配向性に寄与する傾向があるようだ。
上記をまとめて、どうやら、「ベンゼン環に直接くっつく C＝O 二重結合は、共鳴によってメタ配向性に寄与する傾向がある」ようだ。そして、共鳴は電子のふるまいによって起きることから、電子求引基であることが原因だろう、と推測されるだろう。
つまり、これらの（置換基のうち、ベンゼン環に直接つく原子が共鳴している）置換基が電子求引基（かつ不活性化基）であることから、「ベンゼン環に直接つく原子が共鳴している場合は、原則的に電子求引に寄与する傾向がある」ようだ。
しかも、-NO2 にも、ベンゼンに直接ついている元素（N）のとなりの原子として酸素がある。NO2も、共鳴をしている、と考えられている。
さて、
このことから、大学教科書では C＝O 二重結合の分極による寄与も考察したりする。しかし、高校では、そこまで深入りする必要も無いだろう。（本書では、これ以上の説明は、もはや専門的に高度になりすぎるので、説明を省略する。）
この表で、右下のメタ配向性の不活性基のうち、炭素Cのあるのをみると、どれも、Cの隣りに、酸素Oや窒素Nなど、電気陰性度がCよりも高い元素がある。（アルデヒド基 -CHOも、構造式でみれば、CのとなりにOが結合している。）
このことから、置換基の最初のCのとなりに結合している原子の電気陰性度が高いと、電子求引性に寄与することが、すでに解明されている。（ただし、C≡N や -COOHのように、多重結合があるので、それらの影響も加わるので、実際の個々の原子では そう単純ではない。）
じっさい、逆に電子供与性の側を調べれば分かる。
電子供与性である -CH3 は、Cのとなりに結合している水素 H は、（Cと比べれば）電気陰性度の低い原子である。
このように、置換基の最初のCのとなりに結合している原子の電気陰性度が、電子求引/供与 性に、影響を与える。
このような事から、たとえば、もし -CF3  を置換基としてベンゼンに結合させたら（なお「F」はフッ素原子）、C6H5-CF3  は電子求引性としての性質が強い生成物になる事も予想がつく（※ サイエンス社の例の教科書では、CF3 を電子求引性として考えている。）。
ついつい読者は、表右下の「-COOH」とか「-SO3H」とか見ると、「もしかして置換基が酸性だと、電子求引性になるのでは？」と予想するだろう。
しかし、表左上の-OH基を、見落とさないようにしよう。フェノールは弱酸性である。
よって、酸性基は必ずしも電子求引性とは、かぎらない。
しかし、その一方で、電子供与性の-NH2基をみると、読者によっては アンモニア NH4を思い浮かべるかもしれない。
また、表右下の -NO2 を見ると、読者によっては 硝酸 HNO3 を思い浮かべるかもしれない。
なお、シアン化水素 HCN は弱酸性である。また、テレビの刑事ドラマなどで毒物そちえ「青酸カリ」とも呼ばれるシアン化カリウムが紹介されるが、シアン化カリウムは強塩基性である。しかし「青酸」というように、シアンそのものは酸性である。青酸カリが塩基性なのは、カリウム部分の影響である。
このように、酸と電子供与は、どうも関係性はありそうである。
実際に大学教科書でも、個々の置換基ごとに、酸性/塩基性と電子供与/求引性との関係を考察している。
つまり、大学教科書では「-COOH基では、酸性としての作用が電子求引性を強めているようだ」のような、置換基ごとに個別に言及をしている。
しかし読者は高校生なので、記憶さえできれば充分なので（※ そもそも範囲外なので、高校生には記憶の必要すら無いが・・・）、「傾向として酸性基なら、たぶん、電子求引性。例外は、高校でならう範囲では、水酸基 -OH くらい。」ていどの大胆な覚え方で、充分だろう。
大学の有機化学の教科書を読むと、ベンゼン化合物をさきに考察して、あとからアルカンやアルコールやアルデヒドなど個別の原子を考察する。高校とは順序が逆である。
有機化合物は膨大にあるので、まず先に基準として、あたかもベンゼンを共通語のように、勉強するのである。
ベンゼン化合物は上述したように、共鳴や電子供与/求引などのような、体系的な解明がされている。なので、大学の有機化学ではベンゼンを土台に勉強していく。
そして、ベンゼンに水酸基をつけたでのフェノール C6H5-OH が弱酸性であることに注目すれば、酸性/塩基性と、電子供与/求引 との関係も考察していける。
そして芳香族アルコールであるフェノールを考察できれば、それをもとに、脂肪族アルコールであるエタノールやメタノールも考察していける。大学教科書は、このような順序になっている。
そして脂肪族アルコールを手掛かりに、アルデヒドやエーテルなどほかの脂肪族も考察できる。大学での脂肪族の考察では、後述するマルコフニコフ則などとも関連づけて、考察していく。
このように、大学での有機化学の教育順序は、高校とは教育順序が逆である。大学では、電子供与/吸引性などの探求をするために、あえて、このような順序にしている。しかし高校生は、まずは高校レベルの基礎学力を習得するのが先なので、高校の教科書の順序で、勉強していこう。
アルケンの炭素ｰ炭素二重結合に、HX型のハロゲン水素（HClなど）が付加するとき、二種類の生成物があるが、Hがどちらの炭素に付加したものが主生成物になるかには法則性がある。もともと結合しているHが多いほうに、さらにHX分子のHが付加することで出来た反応物が主生成物になる、という経験則があり、この経験則をマルコフニコフ則（Markovnikov rule）といい、ロシアのマルコフニコフが多くの実験結果により確かめた。
第二級または第三級アルコールの分子内脱水反応で、アルケンが生成するとき、OH基のついているC原子の両隣のC原子のうち、水素原子の少ないほうのHが脱水に使われた分子が主生成物になる。この法則をザイツェフ則（Saytzeff rule）という。
結果的に付加してるHの少ないCは、ますます付加しているHが少なくなる。
（※  範囲外:） また、この反応の結果、主生成物と副生成物のそれぞれの二重結合のとなりをみると、主生成物のほうが置換基（CH3やCH2など）が多い。2ｰブテンでは二重結合のとなりは置換基（CH3）が2つだが、1ｰブテンでは二重結合のとなりの置換基（CH2）が1つである。
（※  範囲外:） ようするに、一般的に炭素の高分子化合物では、置換基が多いほうが安定である。
（※  範囲外:）つまり、（2ｰブテンのような）内部アルケンのほうが、（1ｰブテンのような）末端アルケンよりも化学的に安定である。（※ 参考文献: サイエンス社『工学のための有機化学』、荒井貞夫、新訂版、2014年1刷、151ページ。 本記事では、紹介物質は、高校用に別物質に置き換えたため、参考文献での紹介物質とは異なる。）
ザイツェフ則のなりたつ理由として考えられてる一説として、超共役（ちょうきょうやく）という説がある。
で、ザイツェフ則では、主生成物（2ｰブテン）の二重結合のとなりが単結合であるが、これがあたかも、共役二重結合（二重結合と単結合の繰り返しの構造）と同じように安定的なため、主生成物になるのだろう、・・・という説がある。
では、なぜ共役二重結合が安定かというと、それは、共鳴してるからである。（『高等学校化学I/芳香族化合物/芳香族炭化水素』）
共鳴とは何かを思い出すには、ベンゼン環（またはベンゼン環をふくむ化合物）を思い出してほしい。図のoｰキシレン中のベンゼンでは便宜上、二重結合をつかって書きあらわされるが、実際にはベンゼン環全体にわたって電子が均一に分布しているのであった。（『高等学校化学I/芳香族化合物/芳香族炭化水素』）
それと似た現象がポリアセチレンのような共役二重結合でも起きていると考えられていて、共役二重結合の物質では、電子が二重結合の外側の単結合にまでハミ出して分布しているのだろう、・・・と考えられている。そして、そのハミ出した結果、より安定度が増すのだろう、と考えられている。（一般に、電子は、狭い場所に閉じ込められるよりも、広い場所に分布するほうが、安定する。（いわゆる「不確定性原理」。電子は、狭い場所に局在化するよりも、電子はなるべく広い場所に「非局在化」するほうが安定である。）
さて、ザイツェフ則の例の2ｰブテンや1ｰブテンのハナシに戻る。
内部アルケン（2-ブテン）は、二重結合の電子が両側にハミ出せるが、しかし末端アルケン（1-ブテン）だと片側にしかハミ出せない。副生成物の1-ブテンは、二重結合が、末端のCについているので、安定度がやや劣るがため、そもそも生成率が低いのだろう、・・・と考えられている。
二重結合のとなりの結合に電子がハミ出すための前提として、二重結合のとなりにメチル基（CH3やCH2やCH）が必要である。（※ 参考文献: 化学同人『ベーシック有機化学』、山口良平・山本行男・田村類、第2版6刷、2015年3月1日発行,61ページ）（参考文献の該当ページはマルコフニコフ則の起きる原因としてCH結合との超共役を述べている。
大学の教科書では、よく有機化学の専門化学の『有機反応論』で、有機化合物の化学反応の説明において、電子を黒丸で表現あるいは「(-)」のようにマイナスを丸で囲った記号で電子を表現して、それが構造式中でどう反応して・・・、みたいな図が矢印などと共に描かれるが、実はこれは便宜的な仮説であり、必ずしも電子がそれらの教科書の図のように流れている保証は無い[1]。
なぜなら、根本的な理由として、量子力学によれば「電子は波」でありそれを現代化学の基礎に置いているのに、一方で有機電子論では粒子として電子を黒丸や丸マイナスで描くモデルを提示するので、矛盾的な状況であり、だから根本的に量子論と矛盾するので信憑性には問題がある[2]。
世界中の大学の教科書などの専門書に書いてある図や表は、あたかも普遍の真実かのように思いがちかもしれないが、実は有機化学の理論とは、そういうものではないのである。