4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験


材料特性/問題1 基礎科目 / これだけ項目集 1

◇ 材料特性

1技術士 1基礎  H30-4-3
金属材料の腐食1

・腐食とは、化学反応によって、表面が溶解したり、さびなどの腐食生成物を生成する現象である。
・腐食は、全体で均一に生じる全面腐食と、局所的に生じる局部腐食がある。
・アルミニウムは、表面に酸化物皮膜を形成することで不働態化する。
・耐食性のよいステンレス鋼は、鉄に炭素含有量 1.2 %(質量パーセント濃度)以下、クロム含有量 10.5 % 以上の鋼と定義される。
・腐食の速度は、反応の速度定数に比例し、速度定数は活性化エネルギーと温度に依存し、高温になるほど腐食速度が大きくなる。

1技術士 1基礎  H25-4-4
金属材料の腐食2

・金属材料の腐食には、空気や反応生成ガス、燃焼ガスなどのガス中で生じる乾食と、水などの液体中で生じる湿食がある。
・金属の中には、イオン化傾向から判断されるよりはるかに化学的安定性の高いものがあるが、それらの金属が化学的に安定な理由は、酸化物が金属の表面に強固に結合して不動態皮膜を形成しやすいからである。
・一般に、ステンレス鋼は表面に強固な不動態皮膜を形成するので、炭素鋼よりも腐食環境には強いが、塩素により局部侵食されるため、海水中の用途には適していない。
・応力腐食割れとは、腐食作用と引張り応力の共同作用で、引張り強さ以下の応力で材料が割れてしまう現象である。
・水素脆化とは、原子状の水素が金属内に入り拡散して、格子欠陥など特異な場所に集まり、金属を脆くする現象である。

1技術士 1基礎  H30-4-4  H24-4-3  H23-4-4  H20-4-3
金属の変形や破壊

・金属の塑性は、自由電子が存在するために原子の移動が比較的容易で、また、移動後も結合が切れないことによるものである。
・結晶粒径が小さくなるほど、金属の降伏応力は大きくなる。
・多くの金属は室温下では変形が進むにつれて格子欠陥が増加し、加工硬化する。
・疲労破壊とは、繰返し負荷によって引き起こされる破壊のことである。
・原子間の結合の強さから予想されるアルミナの理論強度は数十GPaに及ぶが、実際の焼結体の強度は欠陥の存在のため、それよりもはるかに小さい。
・破壊力学の進歩のきっかけとなったリバティ船の沈没、ジェット旅客機コメット号の墜落は、それぞれ溶接部の脆性破壊、窓の角からの疲労破壊が原因とされている。

1技術士 1基礎  H26-4-3
金属の変形

・金属が比較的小さい引張応力を受ける場合、応力 (σ) とひずみ (ε) は次の式で表されるように比例関係にある。 σ=Eε
・これはフックの法則として知られており、比例定数 E をヤング率と呼ぶ。
・常温でのヤング率は、マグネシウムで 45 GPa 、タングステンで 407 GPa である。
・温度が高くなるとヤング率は、小さくなる。

1技術士 1基礎  H29-4-3
材料の結晶構造

・結晶は、単位構造の並進操作によって空間全体を埋めつくした構造を持っている。
・室温、大気圧下において、単体物質の結晶構造は、 Fe や Na では 体心立方構造、 Al や Cu では 面心立方構造、Ti や Zn では 六方最密充填構造である。
・単位構造の中に属している原子の数は、体心立方構造では2個、面心立方構造では4個、六方最密充填構造では2個である。

1技術士 1基礎  H29-4-4
部品材料に含まれる元素

・乾電池負極材 : Zn
・光ファイバー : Si
・ジュラルミン : Cu
・永久磁石   : Fe

1技術士 1基礎  H28-4-3  H22-4-3
密度、電気抵抗率、融点

 鉄、銅、アルミニウムの密度、電気抵抗率、融点について、大小関係は、次の通りである。ただし、密度及び電気抵抗率は 20[℃] での値、融点は1気圧での値で比較するものとする。
解答:
・密度    : 銅 > 鉄 > アルミニウム
・電気抵抗率 : 鉄 > アルミニウム > 銅
・電気抵抗率 : 鉄 > 銅 > アルミニウム

              鉄   銅  アルミニウム
・密度    [g/cm3]  :  7.87  8.93  2.70
・電気抵抗率 [μΩ・cm] :  9.68  1.67  2.67
・電気抵抗率 [℃]   :  1536  1083   660

1技術士 1基礎  H28-4-4
材料の力学特性試験

・材料の弾型性挙動を、一軸引張試験機を用いて測定したとき、試験機から一次的に計測できるものは荷重と変位である。
・荷重を変形前の試験片平行部の断面積で除すことで公称応力が得られ、変位を変形前の試験片平行部の長さで除すことで公称ひずみが得られる。
・公称応力-公称ひずみ曲線において、試験開始の初期に現れる直線領域を弾性変形領域と呼ぶ。

1技術士 1基礎  H27-4-3
合金の原子パーセント

 重量パーセントがアルミニウム 96.0wt% 、銅 4.00wt% の合金組成を、原子パーセントで示した場合、アルミニウム (at%) 及び 銅 (at%) の比率を求める。
 ただし、アルミニウム及び銅の原子量は、 27.0 及び 63.5 である。
解答:
原子パーセント= 重量パーセント/原子量より、
アルミニウムの原子パーセント = 96.0wt%/27.0 = 3.556 at%
銅の原子パーセント = 4.00wt%/63.5 = 0.0630 at%
したがって、アルミニウムと銅の原子パーセントの比率は、
アルミニウム:銅 = 3.556 : 0.0630 = 98.26 : 1.74 となる。
(別解:)
Aの重量%をX,原子量をa,Bの重量%を(100-X),Bの原子量をb,アボガドロ数をNとすれば、Aの原子個数は、
0101 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
Bの原子個数は、
0102 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
である。
Aの原子パーセントは、
0103 300x68 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
Aの原子パーセントは、
0104 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
となる。
0105 300x18 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
を入力すれば、
アルミニウムは、98.3at%、銅は1.74at%である。

1技術士 1基礎  H27-4-4
資源と金属製造

・金属の地殻中の存在量は、AlがFeより多いが、年間世界生産量はFeの方が多い。
・Znは存在量が少なく可採年数も短いため、資源節約の面からみればリサイクルの重要性が高い。
・金属製造のための鉱石は、ほとんどが酸化鉱であるが、Znは硫化鉱、Mgは炭酸塩鉱も原料となる。
・反応性に富む卑金属は、炭素や水素を用いた普通の還元法では金属採取が困難であるため、Al、Mgは溶融塩電解法が工業化されている。
・また、Tiは、電解法で作製したMgを使って、塩化物から金属への還元が行われており、AlからTiの中でトン当たりの価格はTiが最も高い。

1技術士 1基礎  H26-4-4  H24-4-4
材料の熱伝導

・高純度の金属においては、熱伝導は、格子振動(フォノン)よりも自由電子によってより効率的に行われる。
・不純物で合金化された金属では、高純度の金属よりも熱伝導率は低下する。
・ガラスや非晶質のセラミックスは、結晶質のセラミックスよりも低い熱伝導率を示す。
・セラミックス材料の気孔率を増大させると、熱伝導率は低下する。
・高分子の熱伝導率は結晶化率に依存し、結晶化率が高く規則的な構造を持つ高分子は、同じ物質の非晶質のものより大きい熱伝導率を示す。

1技術士 1基礎  H25-4-3  H22-4-4
電子セラミックス

・チタン酸バリウム系のセラミックスは高い比誘電率を持ち、コンデンサとして使用されている。
・温度制御に用いられるサーミスタは、温度によってセラミックスの電気抵抗が変化する性質を利用している。
・外部からひずみを加えると電圧が発生するセラミックスを圧電体セラミックスと呼び、着火装置や圧力センサとして使用されている。
・電圧によって電気抵抗が大幅に変わるセラミックスはバリスタとして利用され、異常電圧から回路を守るために有用である。

化学/問題1 基礎科目 / これだけ項目集 2

◇ 化学

1技術士 1基礎  H30-4-1
物質量 [mol]

 次に示した物質の物質量 [mol] を求めるる
ただし、()の中の数字は直前の物質の原子量、分子量又は式量である。
解答:
① 0℃、1.013×10^5[Pa] の標準状態で 14[L] の窒素 (28)
 1molの気体の体積は 22.4L であることから、
 気体 14[L]の物質量は、14/22.4 = 0.625 [mol]
② 10% 塩化ナトリウム水溶液 200[g] に含まれている塩化ナトリウム (58.5)
 塩化ナトリウム水溶液 20[g] の物質量は、20/58.5 = 0.342 [mol]
③ 3.0×10^23 個の水分子 (18)
 1molの原子数は 6.0×10^23 個 であることから、
 水分子 3.0×10^23 個の物質量は、3.0×10^23/6.0×10^23 = 0.500 [mol]
④ 64[g] の銅 (63.6) を空気中で加熱したときに消費される酸素 (32)
 酸素の消費量は銅の1/2の物質量であることから、
 消費される酸素の物質量は、1/2×64/63.6 = 0.503 [mol]
⑤ 4.0[g] のメタン (16) を完全燃焼した際に生成する二酸化炭素 (44)
 メタン1molから二酸化炭素1molが生成することから、
 生成する二酸化炭素の物質量は、4/16 = 0.250 [mol]

1技術士 1基礎  H30-4-2
酸とアルカリ性

・酢酸は弱酸であり、炭酸の酸性度はそれより弱く、フェノールは炭酸より弱酸である。
・水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムは水に溶けて強塩基性を示す。
・炭酸カルシウムに希塩酸を加えると、二酸化炭素を発生する。
・塩化アンモニウムと水酸化カルシウムの混合物を加熱すると、アンモニアを発生する。
・塩酸は水中で完全解離するのに対し酢酸は完全解離しないので、0.1[mol/L]水溶液では、酢酸のpHが高い。

1技術士 1基礎  H29-4-1  H24-4-2
金属イオン種の沈殿と溶解

 イオン水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を添加すると沈殿物を生じ、さらに水酸化ナトリウム水溶液を添加すると溶解する、金属イオン種は、次の通りである。
・Ag+イオン : 褐色のAg2Oが沈殿する、溶解しない
・Fe3+イオン: 赤褐色のFe(OH)3が沈殿する、溶解しない
・Mg2+イオン: 白色のMg(OH)2が沈殿する、溶解しない
・Al3+イオン: 白色のAl(OH)3が沈殿する、さらに加えるとAl(OH)4-となり溶解する
・Cu2+イオン: 白色のCu(OH)2が沈殿する、溶解しない

1技術士 1基礎  H29-4-2
水溶液の沸点

 0.10[mol] の NaCl、C6H12O6(ブドウ糖)、CaCl2 をそれぞれ 1.0[kg] の純水に溶かし、3種類の 0.10[mol/kg] 水溶液を作製した。
 これらの水溶液の沸点に関する記述は、次の通りである。
・3種類の水溶液の沸点は、いずれも 100[℃] よりも高い。
・3種類の水溶液の沸点の高さの順は、CaCl2 > NaCl > C6H12O6 (ブドウ糖)である。
・0.10[mol/kg] の C6H12O6 (ブドウ糖)水溶液の沸点が最も低い。
・0.10[mol/kg] の CaCl2 水溶液の沸点が最も高い。

1技術士 1基礎  H28-4-1  H25-4-1
アンモニア合成反応

 以下のアンモニア合成反応の熱化学方程式に関する記述は、次の通りである。
 N2 (気) + 3H2 (気) = 2NH3 (気) + 92 [kJ]
 ただし、(気)は気体を意味する。
ルシャトリエの原理より
・温度を上げた場合、平衡は反応熱を吸収して温度を下げる方向へ移動する。
・温度を下げた場合、平衡は反応熱を発生させて温度を上げる方向へ移動する。
・圧力を上げた場合、平衡は気体分子の数を減らして圧力を下げる方向へ移動する。
・圧力を下げた場合、平衡は気体分子の数を増やして圧力を上げる方向へ移動する。
・反応温度・反応圧力を変化させると、アンモニア生成率は変化する。
・低温・高圧で反応させるほど、アンモニア生成率は向上する。

1技術士 1基礎  H28-4-2
原子の特性

 原子についての記述は、次の通りである。
ただし、元素記号の左下に原子番号を、左上に質量数を記している。
0106 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験 は、原子番号が異なるため、中性子の数は異なる。
0106 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験 は、質量数が異なるため、中性子の数は異なる。
0107 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験 は、原子番号が異なるため、同位体ではない。
0107 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験 の、電子の数は等しい。
0107 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験 は、互いに同位体である。

1技術士 1基礎  H27-4-1  H20-4-2
二酸化炭素の生成量

 次の有機化合物のうち、同じ質量の化合物を完全燃焼させたとき、二酸化炭素の生成量が最大となるものを求める。
ただし、分子式右側の( )内の数値は、その化合物の分子量である。
① メタン CH4 (16)
② メタノール CH3OH (32)
③ エタン C2H6 (30)
④ エチレン C2H4 (28)
⑤ エタノール C2H5OH (46)
燃焼の化学反応式から、1分子量あたりの二酸化炭素生成量をそれぞれ求める。
① CH4+2O2    → CO2 + 2H2O、  生成量は (1/16)×1=1/16
② CH3OH+3/2・O2 → CO2 + 2H2O 、  生成量は (1/32)×1=1/32
③ C2H6+7/2・O2 → 2CO2 + 3H2O 、 生成量は (1/30)×2=1/15
④ C2H4+3 O2   → 2CO2 + 2H2O 、 生成量は (1/28)×2=1/14
⑤ C2H5OH+3 O2 → 2CO2 + 3H2O 、 生成量は (1/46)×2=1/23
したがって、④ エチレン C2H4 (28) が最大となる。

1技術士 1基礎  H27-4-2
原子の酸化数

 次の物質について、下線を付けた原子の酸化数が最大のものを求める。
0111 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
0112 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
0113 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
0114 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
0115 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
・水素の酸化数は +1、酸素の酸化数は -2 である。
 このことから、下線部の酸化数は以下の通りになる。
① +1 + (Nの酸化数=+5) + (-2)×3 = 0
② (Crの酸化数=+6)×2 + (-2)×7 = -2
③ (Mnの酸化数=+7) + (-2)×4 = -1
④ (Nの酸化数=+4) + (-2)×2 = 0
⑤ +1×2 + (Sの酸化数=+6) + (-2)×4 = 0
したがって、酸化数の最も大きいものは、③である。

1技術士 1基礎  H26-4-1  H23-4-2
塩化水素の生成熱

次の結合エネルギーを用いて得られる、1mol の塩化水素 HCl の生成熱^注) を求める。
 結合エネルギー  H-H:436kJ/mol、 Cl-Cl:243kJ/mol、 H-Cl:432kJ/mol
注) 生成熱:化合物 1mol が、その成分元素の単体から生成するときの反応熱をいい、発熱反応の場合を負の値で表す。
解答:
0117 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
反応熱 = 生成系の結合エネルギー - 反応系の結合エネルギーの総和 より、
反応系の結合エネルギーは、1molの 0118 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験と1molの 0119 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験が、2molのHと2モルのClとなるエネルギーであるから、436+243=679 kJ である。
生成系の結合エネルギーは、2molのHClが、2molのHと2molのClとなるために必要なエネルギーであるから、432×2=864 kJ である。
したがって、反応熱=864-675=185 が2molのHClの反応熱である。
したがって、1molのHClの生成熱は、92.5 kJである。
吸熱反応のエネルギーは、一般に正で表すから、
HClの生成熱は、-93 kJ/mol である。

1技術士 1基礎  H26-4-2
水溶液の濃度の調製方法

 砂糖(分子量 342 とする)の各種濃度の水溶液の調製方法は、次の通りである。
なお、水の分子量は 18 とする。
・1 質量モル濃度の砂糖水を調製するためには、砂糖 342g をビーカーに入れ、そこに水 1000g を加えて溶かす。
・ 1 容量モル濃度の砂糖水 1L を調製するためには、溶質である砂糖 1mol に、溶媒である水を加えて溶かし、1L とする。
・ 10 質量パーセント濃度の砂糖水 1kg を調製するためには、砂糖 100g をビーカーに入れ、 900g の水を加えて溶かす。
・ 0.01 モル分率の砂糖水を調製するためには、砂糖 34.2g をビーカーに入れ、 178.2g の水を加えて溶かす。
・ 1ppm の砂糖水を調製するためには、砂糖 1mg を 1L のメスフラスコに入れ、水を加えて溶かし、全量が 1L となるようにする。

1技術士 1基礎  H25-4-2
酸とアルカリの反応

 次の(ア)~(オ)の濃度の各水溶液 1L (リットル)がある。これらの中から2つの水溶液を選び混合溶液を作る。そのとき、混合水溶液が酸性になる組合せを求める。
(ア) 1.0 mol/L 硫酸 (H2S04)
(イ) 2.0 mol/L 水酸化ナトリウム (NaOH)
(ウ) 1.0 mol/L 塩酸 (HCl)
(エ) 2.0 mol/L アンモニア水 (NH4OH)
(オ) 1.0 mol/L 酢酸 (CH3COOH)
① (ア) 1.0 mol/L 硫酸 (H2S04)  『強酸性』
  (イ) 2.0 mol/L 水酸化ナトリウム (NaOH)  《強アルカリ性》
  ・強酸性と強アルカリ性のため、中性になる。
② (ア) 1.0 mol/L 硫酸 (H2S04)  『強酸性』
  (エ) 2.0 mol/L アンモニア水 (NH4OH)  《弱アルカリ性》
  ・強酸性と弱アルカリ性のため、酸性になる。
③ (イ) 2.0 mol/L 水酸化ナトリウム (NaOH)  《強アルカリ性》
  (ウ) 1.0 mol/L 塩酸 (HCl)  『強酸性』
  ・強アルカリ性と強酸性で、強アルカリ性の量が多いため、アルカリ性になる。
④ (イ) 2.0 mol/L 水酸化ナトリウム (NaOH)  《強アルカリ性》
  (オ) 1.0 mol/L 酢酸 (CH3COOH)  『弱酸性』
  ・強アルカリ性と弱酸性のため、アルカリ性になる。
⑤ (エ) 2.0 mol/L アンモニア水 (NH4OH)  《弱アルカリ性》
  (オ) 1.0 mol/L 酢酸 (CH3COOH)  『弱酸性』
  ・弱アルカリ性と弱酸性で、弱アルカリ性の量が多いため、アルカリ性になる。

1技術士 1基礎  H24-4-1  H21-4-2
熱化学方程式

 25℃ 、1気圧における一酸化炭素、二酸化炭素、水の生成熱は次の熱化学方程式で表される。
 C (黒鉛) + 1/2・O2 (気) = CO (気) + 111kJ  … (a)式
 C (黒鉛) + O2 (気) = CO2 (気) + 394kJ    … (b)式
 H2 (気) + 1/2・O2 (気) = H2O (液) + 286kJ   … (c)式
これらの熱化学方程式から 25℃ 、1気圧での①~⑤の反応における反応熱を求めたとき、発熱反応であるものを求める。
① CO (気) + H2 (気) → C (黒鉛) + H2O (液)  … (c)式-(a)式 より、
  CO (気) + H2 (気) = C (黒鉛) + H2O (液) +175KJ
② CO (気) + H2O (液) → H2 (気) + CO2 (気)  … (b)式-(a)式-(c)式 より、
  CO (気) + H2O (液) = H2 (気) + CO2 (気) -3KJ
③ CO2 (気) → CO (気) + 1/2・O2 (気)       … (a)式-(b)式 より、
  CO2 (気) = CO (気) + 1/2・O2 (気) -283KJ
④ C (黒鉛) + CO2 (気) → 2CO (気)        … (a)式×2-(b式 より、
  C (黒鉛) + CO2 (気) = 2CO (気) -172KJ
⑤ C (黒鉛) + 2H2O (液) → 2H2 (気) + CO2 (気)  … (b)式-(c)式×2 より、
⑤ C (黒鉛) + 2H2O (液) = 2H2 (気) + CO2 (気) -178KJ
したがって、正の値となる①が発熱反応である。

バイオテクノロジー/問題1 基礎科目 / これだけ項目集 3

◇ バイオテクノロジー

1技術士 1基礎  H30-4-5  H26-4-6
細胞の化学組成

 生物の元素組成は地球表面に存在する非生物の元素組成とは著しく異なっている。
すなわち、地殻に存在する約100種類の元素のうち、生物を構成するのはごくわずかな元素である。細胞の化学組成に関する記述は、次の通りである。
・水は細菌細胞の重量の約 70% を占める。
・細胞を構成する総原子数の 99% を主要4元素(水素、酸素、窒素、炭素)が占める。
・生物を構成する元素の組成比はすべての生物でよく似ており、生物体中の総原子数の 60% 以上が水素原子である。
・タンパク質や脂質は、動物細胞を構成する有機化合物の中で最も重量比が大きい。
 核酸は、動物細胞を構成する有機化合物の中で最も重量比が小さい。
・元素の組成比はすべての生物で同様で、生物体中の総原子数の 60% 以上が水素原子である。
・細胞内の主な有機小分子は、糖、アミノ酸、脂肪酸、ヌクレオチドである。
・ヌクレオチドは核酸の構成単位である。

1技術士 1基礎  H30-4-6  H29-4-5  H25-4-5
タンパク質の性質

・タンパク質は、20種類の α アミノ酸がペプチド結合という共有結合によって結合した高分子である。
・タンパク質を構成するアミノ酸はほとんどが L 体である。
・タンパク質の一次構造は遺伝子によって決定される。
・タンパク質の高次構造の維持には、アミノ酸の側鎖同士の静電的結合、水素結合などの非共有結合が重要である。ジスルフィド結合は共有結合であり、これも重要である。
・水分子と親和性の高い極性アミノ酸の側鎖は、タンパク質の表面に分布していることが多い。
・一部の特殊なものを除き、天然のタンパク質を加水分解して得られるアミノ酸は、 20 種類である。
・アミノ酸の α-炭素原子には、アミノ基とカルボキシ基、そしてアミノ酸の種類によって異なる側鎖( R 基)が結合している。
・R 基に脂肪族炭化水素鎖や芳香族炭化水素鎖を持つロイシンやフェニルアラニンは、 疎水性アミノ酸である。
・グリシン以外のアミノ酸には光学異性体が存在するが、天然に主に存在するものは L 体 である。

1技術士 1基礎  H28-4-5
アミノ酸とコドンの特性

 タンパク質を構成するアミノ酸は20種類あるが、アミノ酸1個に対して DNA を構成する塩基3つが1組となって1つのコドンを形成して対応し、コドンの並び方、すなわち DNA 塩基の並び方がアミノ酸の並び方を規定することにより、遺伝子がタンパク質の構造と機能を決定する。しかしながら、DNA の塩基は4種類あることから、可能なコドンは 4×4×4=64 通りとなり、アミノ酸の数20をはるかに上回る。この一見して矛盾しているような現象の説明は、次の通りである。
・64-20=44 のコドンのほとんどは20種類のアミノ酸に振分けられ、1種類のアミノ酸に対していくつものコドンが存在する。
・基本となるアミノ酸は20種類であるが、生体内では種々の修飾体が存在するので、 コドンはそれらの修飾体には使われない。
・64のコドンは、 DNA から RNA が合成される過程において配列が変化し、1種類のアミノ酸に対して1種類のコドンに収束しない。
・生物の進化に伴い、1種類のアミノ酸に対して1種類のコドンが対応するように、 64-20=44 のコドンはタンパク質合成の遺伝子情報として使われる。
・コドン塩基配列の1つめの塩基は、タンパク質の合成の際にほとんどの場合、遺伝情報としての意味をもつ。

1技術士 1基礎  H29-4-6
遺伝子組換え技術

 遺伝子組換え技術の開発はバイオテクノロジーを革命的に変化させ、ゲノムから目的の遺伝子を取り出して、直接 DNA 分子の構造を解析することを可能にした。
 遺伝子組換え技術に関する記述は、次の通りである。
・ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)では、一連の反応を繰り返すたびに二本鎖 DNA を熱によって変性させなければならないので、熱に安定な DNA ポリメラーゼを利用する。
・遺伝子組換え技術により、大腸菌によるインスリン合成に成功したのは1978年である。
・DNAの断片はゲル電気泳動によって陽極(正極)に向かって移動し、大きさにしたがって分離される。
・6塩基の配列を識別する制限酵素 EcoRI でゲノムDNAを切断すると、生じるDNA断片の長さは一定せず様々な長さになる。
・ヒトのゲノムライブラリーの全てのクローンは、RNAの転写はどの領域か限定されないため、肝臓以外のどの臓器からも作成可能である。

1技術士 1基礎  H28-4-6  H24-4-5
DNAの変性

・DNA二重らせんの2本の鎖は、相補的塩基対間の水素結合によって形成されているが、熱や強アルカリで処理すると、変性して一本鎖となる。
・しかし、それぞれの鎖の基本構造を形成しているヌクレオチド間のホスホジエステル結合は壊れない。
・DNAを徐々に加熱していくと変性の度合いに応じて紫外線の吸収量が増加する。
・DNA分子の半分が変性する温度を融解温度といい、グアニンとシトシンの含量が多いほど高くなる。
・熱変性したDNAをゆっくり冷却すると再び二重らせん構造に戻るが、これをアニーリングという。

1技術士 1基礎  H27-4-5  H21-4-5
クローン作製技術

 植物や動物のクローン作製技術に関する記述は、次の通りである。
・植物の場合、植物ホルモンであるオーキシン及びサイトカイニンを高濃度に含む培地で、根や葉の一部を培養するとカルスと呼ばれる不定形の未分化な細胞塊が得られる。
・次に、植物ホルモンの組成を変えてカルスを培養すると再分化し、元の植物と同じ遺伝情報を持つクローンが得られる。
・一方、ほ乳類の場合、植物のように分化した細胞の培養を行うだけでは個体をつくることはできない。
・あらかじめ核を除去した未受精卵に体細胞から取り出した核を移植して培養した後、母胎に入れることによってクローンを作製する。
・このようにしてつくられたクローンを体細胞クローンと呼ぶ。

1技術士 1基礎  H27-4-6
二本鎖DNA

 ある二本鎖 DNA の一方のポリヌクレオチド鎖の塩基組成を調べたところ、
シトシン (C) が 20% 、チミン (T) が 35% であった。
 このとき、同じ側の鎖、又は相補鎖に関する記述は、次の通りである。
①同じ側の鎖では、グアニン(G) のみの割合は不明である。
②同じ側の鎖では、アデニン(A) のみの割合は不明である。
③同じ側の鎖では、アデニン(A) と グアニン(G) 割合の和は 45% である。
  100% -(シトシン(C)20% + チミン(T)35%)より
④相補鎖では、アデニン(A) と グアニン(G) の和は 55% である。
  相補鎖での アデニン(A) は、チミン(T) と同じ 35% であり、
  相補鎖での グアニン(G) は、シトシン(C) と同じ 20% であることから
⑤相補鎖では、シトシン(C) と チミン(T) の和は 45% である。
  100% -(相補鎖での アデニン(A) と グアニン(G) の和 55%)より

1技術士 1基礎  H26-4-5  H23-4-5
生体膜の特性

・生体膜の構成要素の1つは脂質である。
・長い炭化水素鎖を持つカルボン酸である脂肪酸は、脂質の主成分であり、エステル体の形で脂質中に存在している。
・生体膜に用いられる炭素数 12以上 の飽和脂肪酸の場合、炭素鎖が長い方が、融点が高い。
・細菌の培養温度を 20℃ から 30℃ に上昇させると、細菌は環境に応答して、膜脂質を合成する成分として長鎖脂肪酸の割合が増える場合がある。
・同じ炭素数でも炭素鎖中に不飽和結合が存在する脂肪酸は、飽和結合のみの脂肪酸と比べて融点が低い。
・不飽和結合を有する脂質を含む生体膜は、飽和結合のみの脂質で構成された生体膜よりも流動性が増す。
・そこで、細菌の培養温度を上昇させた場合、生体膜の流動性を保つため、膜脂質の成分として飽和脂肪酸が増加する場合がある。

1技術士 1基礎  H25-4-6  H22-4-5
好気呼吸とエタノール発酵

 アルコール酵母菌のグルコース (C6H12O6) を基質とした好気呼吸とエタノール発酵は次の化学反応式で表される。
  好気呼吸     C6H12O6 + 6O6 + 6H2O → 6CO2 + 12H2O
  エタノール発酵  C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
 いま、アルコール酵母菌に基質としてグルコースを与えたところ、酸素を3モル吸収し、二酸化炭素を7モル発生した。
 このとき、好気呼吸で消費されたグルコースとエタノール発酵で消費されたグルコースのモル比を求める。
解答:
0120 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
上式から、0121 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験を3モル吸収するとき、グルコースは 1/2 モル必要とし、0122 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験は 3モル発生する。
0122 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験が 7モル発生したことから、エタノール発酵で 4モル発生したことになる。
0124 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験
上式から、 0122 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験が 4モル発生するには、グルコースは 2モル必要である。
よって、好気呼吸で消費されたグルコースとエタノール発酵で消費したグルコースの
モル比は、0126 - 4 材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/技術士第一次試験 である。

材料・化学・バイオ/問題1 基礎科目/過去問からの出題傾向

技術士第一次試験/問題1 基礎科目

◎は、予想が的中したものです。

重点予想 H30 H29 H28 H27 H26 H25 H24
(4) 材料・化学・バイオ
◇ 材料特性
 金属材料の腐食1
 金属材料の腐食2
 金属の変形や破壊
 金属の変形
 材料の結晶構造
 部品材料に含まれる元素
 密度、電気抵抗率、融点
 材料の力学特性試験
 合金の原子パーセント
 資源と金属製造
 材料の熱伝導
 電子セラミックス
◇ 化学
 物質量 [mol]
 酸とアルカリ性
 金属イオン種の沈殿と溶解
 水溶液の沸点
 アンモニア合成反応
 原子の特性
 二酸化炭素の生成量
 原子の酸化数
 塩化水素の生成熱
 水溶液の濃度の調製方法
 酸とアルカリの反応
 熱化学方程式
◇ バイオテクノロジー
 細胞の化学組成
 タンパク質の性質
 アミノ酸とコドンの特性
 遺伝子組換え技術
 DNAの変性
 クローン作製技術
 二本鎖DNA
 生体膜の特性
 好気呼吸とエタノール発酵

 

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 問題1 基礎科目
過去問と解答速報『資格試験_合格支援隊』
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