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おもに 亀田和久、卜部吉庸の影響を受けて作られています。他のデータベースをお求めの方は、 www.ndthikaru.com/kagaku.html を ご覧ください。私は、以下の参考書を使ったイメージを持っているので、参考書が一致していたほうが、勉強しやすいですよ。

わたしは 上の卜部吉庸の本と、資料集をベースに 亀田和久のエッセンスを 入れて、以下の記事を 書いています。言葉が 少なくて、わかりにくいとお感じになるかもしれません。それは 卜部吉庸の本とわたしの記事を 交互に読めば、解消されると思います。わたしは 余計な説明を そぎ落とした 核心を突く言葉でイメージを 表現するように 心がけています。

目次

1.物質の構成

1.1.物質と原子

「1.混合物と純物質」 「2.化合物・単体と元素」 「3.物質の構成粒子と化学式」 「4.原子の構造」 「5.電子配置」 「6.イオンの生成」 「7.元素の周期表」

1.2.化学結合

「1.イオン結合」 「2.共有結合」 「3.分子間の相互作用」 「4.金属結合」 「5.化学結合と結晶」

1.3.物質量と化学反応式

「1.原子量・分子量・式量」 「2.物質量」 「3.化学反応式」 「4.化学反応式と量的関係」 「5.化学の歴史」

2.物質の状態

2.1.物質の三態

「1.三態とその変化」 「2.蒸気圧」

2.2.気体の性質

「1.気体の体積と圧力・温度」 「2.気体の状態方程式」 「3.混合気体」

2.3.溶液の性質

「1.溶解と溶解度」 「2.気体の溶解度」 「3.溶液の性質」 「4.沸点上昇と凝固点効果」 「5.浸透圧」 「6.コロイド溶液」

3.物質の変化

3.1.化学反応と熱

「1.反応熱」 「2.ヘスの法則と結合エネルギー」

3.2.化学反応の速さと化学平衡

「1.化学反応の速さ」 「2.可逆反応と化学平衡」 「3.化学平衡の移動」 「4.いろいろな化学平衡」

3.3.酸と塩基の反応

「1.酸と塩基」 「2.酸と塩基の強さ」 「3.中和」 「4.塩の種類と加水分解」 「5.中和反応」 「6.中和滴定曲線」

3.4.酸化還元反応

「1.酸化と還元」 「2.酸化剤と還元剤」 「3.酸化還元反応」

3.5.電池と電気分解

「1.金属のイオン化傾向」 「2.電池の原理」 「3.いろいろな電池」 「4.電気分解」

1.物質の構成

1.1.物質と原子

「1.混合物と純物質」TOP

A.純物質というのは 一種類の化学物質から成り立っているモノのこと。

混合物           は2種類以上                                                  。

要するに、純物質は 人口物質で、混合物は 天然モノってこと。

自然の中では、かならず いろんな物質が混ざるからだ。

B.化学物質同士を 分離する。

混合物(天然系)から 目的の純物質(人工物)だけを 取り出す。全部で 8通り。

         B.1.ろ過。

液体と固体が 混ざっている溶液から 固体と液体を分離する。

固体を析出させたあとに、ろ過することが多い。

テストのなかでは ほとんど 問われない。

         B.2.蒸留

沸点の違いで、液体のなかにある エステル と カルボン酸とアルコールのうち、エステルだけを ガスとしてとりだすのに よく使う。ガスにして 別の容器に 移して、冷やしてまた 液体にすることで エステルだけ 取り出すのだ。

これ以外の物質は 蒸留として テストのテーマになることはない。つまり、有機の範囲で 問題となることが 圧倒的の多いということ。

蒸留装置については 何度も デッサンして、すべて装置の形と名前を イメージできるように!5回くらい 描けば 覚えられます。ストップウォッチで 競争するのも 良いかもね。

沸騰石は 突然の沸騰を防ぐため。温度計は 枝つきフラスコの枝の付け根。リービッヒ冷却生は したから↑へ 冷たい水を どんどん送る。アダプターをつけるのは 三角フラスコを 密栓させないため。

ちなみに、火を直接 フラスコに当てないのは、熱膨張が一箇所に集中すると、ガラスは 割れやすいからだ。

ちなみにちなみに、温度を 調整したい場合、水浴(WATER BATH) と 油浴(OIL BATH)、砂浴というテクニックもある。

これ以外に、減圧蒸留と水蒸気蒸留という変わった装置を使うものもあるが、テストで問われるのは 水蒸気蒸留。

卜部吉庸のp533参照。

アニリンだけを とりだしたいんだけど、エステルと違って、沸点が高く 185度で、そのわりに、不安定な物質で、185度異常にすると、壊れてしまう。

そこで、100度以下で、アニリンを 蒸発させるのが、水蒸気蒸留という方法。

無極性液体と極性液体は 互いに 溶け合わない。このふたつの液体が混ざった液体は 特殊な性質をもっている。蒸気圧を お互いに協力して 出し合うという性質だ。

たとえば、水とアニリン。普通、液体が沸騰するときというのは、液体の蒸気圧が 1気圧と等しくなるとき。

というわけで、この混合液体が 沸騰するのは

水の蒸気圧 + アニリンの蒸気圧 = 1気圧 のとき 沸騰する。

ちなみに、どっちが どれだけの蒸気圧を担当するかは グラフから 読み取るか、問題が 与えてくれる。定式については 以下を参照。(貼り付け予定)

         B.3.分留

沸点の違いによって、2種類以上の物質を分別して 蒸留する。よーするに 蒸留を いっぺんに 何度もやること。

空気から 窒素をとりだすとき、あるいは 石油からガソリンをとりだすとき  分留が使われている。でも、問題として 出されたところを見たことがない。

ナフサは 「30 から 201 度で 沸騰する。」「去れ!におい」と 覚えてね。

          B.4.蒸発乾固

液体を加熱して、液体だけ飛ばして、溶けている溶質を固体として残す。

海から NaClを とりだすのが この方法。テストに出ません。

         B.5.再結晶

いろいろ混合してる結晶を 液体に溶かして、目的の物質だけ もう一度 結晶に析出させることで 固体として 取り出す。固体は ろ過すれば 手に入る。

たとえば、岩塩の中には、NaCl以外にも ミネラルが いろいろ含まれているので、NaClだけを 手に入れたいときは、再結晶を利用する。

これは 溶解度問題で 必ず出される。

         B.6.抽出

極性の違いを利用して、無極性物質は 無極性溶媒へ 、そして 極性物質は 極性溶媒へ 溶かしこむ。

有機の芳香族化合物の系統分離で よく出ます。

このとき 器具が 分液ロウト。中の気体部分が 減圧しないように、つねに  共栓を開けたり、閉じたりを 気にする必要がある。下のほうの栓は 活栓と呼ぶ。

         B.7.昇華

昇華しやすい物質を あたためて、気体にしたところを、冷やすことで 固体にする。やっている作業は 蒸留と同じ。ただ、液体ではなく 固体として 抽出できる。

テストとしては でません。

         B.8.クロマトグラフィー。

移動スピードの違いによって、混ざっていたものが どんどん 分離していく。

 

「2.化合物・単体と元素」TOP

2.1.純物質は ふたつに 分類できる。化合物と 単体だ。

単体は    1種類         の原子からできている。

化合物は 2種類以上。

ここまでを 整理すると、

反物質vs物質   の 2種類のうち この世にあるのは 物質だけで

単体   <純物質<物質

化合物<純物質<物質

             混合物<物質

の 階層構造を もっている。

原子というのは、原子核の中にある陽子の数で 決定する。

2.2.同素体。

同位体と 間際らしい名前なので、しっかり こじつけをしましょう。こういう2つが どっちが どっちか わかりにくい場合、片方だけ 覚えるというのが 大切。

わたしは 「放射性同位体=Radio Isotope」」という言葉を ちゃんと知っていたので、Iそとーぷ だから 同 I 体 なのね     と 覚えました。これで 同素体か 同位体か で 迷うことはない。

同素体は SCOPしか でません。同じ原子の単体の癖に まったく 性質の違う物質どうしのことを 「同素体である」 と呼ぶ。

たとえば 「ダイヤモンドと墨は 同素体である」とかいう。

覚え方は 各自の 想像力に任せます。

S:単車  しゃっほーーー     ゴム

単車をころがすのは つんつん頭の 暴走族と 覚える。

C:ダイヤ   (Dia)  炭(Graphaite)   フラーレン  C60 と C70   カーボンナノチューブ

O:酸素 と オゾン(小曽根) 

(オゾン層が 青いのは 空が青いからと こじつける)

P: きりん と せきりん☆

キリンは ピヨピヨ鳴く。とにかく 危ない生き物。伝説の人殺し動物。ほっとくと 自然発火する。墓場での人魂の招待は キリンらしい。

せきりん☆は 安全なポリマー。キリンも つながれてしまえば毒性がなくなる。マッチ箱の赤いやつが これ。着火剤であって、燃えるほうではない。燃えてるのは P4O10とかいろいろ。詳しくは 無機のデータベース参照。

「3.物質の構成粒子と化学式」TOP

3.1.原子   はらこ とよばないで☆ミ

原子は 原子核と 回りを飛ぶ電子からなる。直径は 10の10乗。じゅーじゅーと覚える。

その一万分の一が 原子核。東京ドームが 原子なら、原子核は ビー球の大きさ。いかに 電子が 自由に 動き回っているか 想像できると思う。

ちなみに、原子核は陽子と中性子によって できている。核力でくっついているので、これを 離すと、原子爆弾になる。陽子は は3つのクォーク、中性子は 2つのクォークから なっている。陽子を ぶっこわすと、3つの素粒子が でてきたので、それをクォークと名づけたのだ。でも、一瞬で消えてしまうので、この世界では 安定して存在できない。

以下、原子の原子番号順の覚え方。

3.2.分子。

原子どうしが くっついた基本粒子のこと。原子同士が くっつくかどうかは、原子の持っている電子の数できまる。電子の数が ちょうどいいと安定した原子になり、中途半端な数だと 不安定な原子になる。不安定な原子どうしが くっつきあって、安定したペアを つくる。これが 分子。

じゃ、どうして 不安定になるのか っていうと、神様が そういうルールを つくったから としか いいようがない。神様が、電子に スピンを与えたり、電子が 存在する場所を決めたり、電子に 波動性と粒子性を 与えたり したから、そんなルールができてしまった。くわしくはシュレディンガー方程式とか やってください。大学で。

3.3.イオン。

原子は 電子の数によって、不安定にもなるというわけで、電子の数が取れたり、くっついたりして  ちょうど 安定した数になり、安定した原子になったのが イオン。

ふつうは H2O、水のなかで その状態になりやすい。水は 代表的な 極性溶媒だからだ。

そのつぎに、多く見られるのが、イオン結晶。電気陰性度が 高い原子と 低い電子が 電子を 与え、奪う関係になって、安定して 存在している。

その他に イオンは あんまりない。

空気中で存在するイオンといえば プラズマイオン。空中で  イオン状態になるには 高温な 状態にならないと 長時間 存在できない。

 

 

「4.原子の構造」TOP

4.1.原子の構成。

上の 原子の項目を 参照。重さの比は、1:1:1/1840 

電子ちゃん:「いやよーん」

と 覚えてください。

電気素量は 1.6 の 10のマイナス19乗。ときどき 私立で でます。

1モルの電子 がもっているのが 96500Cですから

96500Cを 6の10の23乗で 割れば、うえの値が出てきますので、導き出せばいい。

ま、何回も出てくる値なので、そのうち おぼられるでしょ。

4.2.原子の構成の表示方法「AZ法」(勝手に命名。)

原子Xに 対して、

左上に    質量数Aつまり 体重を書いてください。

その原子の 体重です。電子の重さは 無視するので、原子核の重さということになります。つまり、陽子と中性子の数が 質量数。

右上に 原子番号Z つまり 背番号を書いてください。

原子番号は 国民総背番号制みたいなもので  Znなら 30とか 金なら79とか 決まっているんです。

4.3.同位体 Isotope

同じ原子なのに、質量数Aの違う原子同士のことを 「同位体である」と呼びます。

たとえば ひとことで 水素といっても、たしか 4種類ぐらいあります。(人工的に 中性子を くっつけることが できるから)

質量数1 が 軽水素

          2が  重水素

          3が  三重水素(核融合とかで よく使う)

ふつう、太っている同位体は 放射性です。つまり、放射線を出します。つまり、被爆します。原爆です。

放射線は α線と β線 と γ線に分類されます。なんで 危ないかって言うと、油に水を いれるような状態だからです。

α線は 「ヘリウム原子核が高速で飛んでくる」です。高速ですから、人間のDNAを 鉄砲よりもはやく 射抜いて、壊します。恐ろしい。

β線は「電子が高速で飛んでくる」です。たいして 怖くない。

γ線は 「波長の短い電磁波が 飛んでくる」です。これは 怖い。光子のエネルギーはhμで 表せます。波長の短い、UVよりも はるかに つよい光が DNAを 傷つけます。

そんな理由で、放射線を浴びると、DNAを どんどん傷つけて、ガンができたり、細胞分裂の激しい細胞を破壊して、毛が抜けたり、血液が造れなくなったりして、ひどいめにあうのです。

しかも、放射性同位体を 吸い込んでしまうと、体内に吸収されて、排出できず、ずーっと 被爆し続けるということになります。だから、核爆弾は 怖いんです。放射能よりも怖いのは、放射性同位体なんです。

4.4.同位体の存在比

たとえば、この世の中に存在する すべーーーーーーーての 炭素の中には かならず 質量数12の炭素が 99% 、13の炭素が 1%含まれています。

つまり、こうして 息を吐いて、二酸化炭素を出しているわけですが、そのなかの100個に 1個は 炭素13なんです。

どうして この比になっているかは 神様に聞いてください。もともと太陽系では 99:1ですが、アンドロメダ星雲あたりでは 95:5かもしれません。

この同位体の存在比は 存在確率pと 考えてください。

そして 質量数12の炭素(p=0.99)を 12g 質量数13の炭素(1-p=0.01)を 13g とすると

あなたの目の前にある 1モルの炭素の期待値は 何グラムですか?

E=12×0.99 +13×0.01 ですよね。これは 確率で勉強した 期待値計算です。

この値が 「原子量」です。ちなみに Cだと E=12.01g です。

炭素12の質量を たまたま12.000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000gとしたから、こういうことになっているんです。炭素を基準にしたのは、人間が 炭素は有機物質だから らしい。

*他の原子の質量は 炭素12の質量数と比を とって、定量することになってます。でも テストでは そこまで つっこんで 計算しろとは いいません。たぶん。

 

                  

「5.電子配置」TOP

5.1.電子殻。

みなさんが 持っている教科書の「KLMN殻の電子殻のイメージ」は 実際の原子とは かけはたれた いたずら書きだと おもってください。むかーーーーーーしの おじいさんたちが 愛した図ですから、わすれていいです。黒く塗りつぶしてください。

このKLMNは 便宜上 うまくいっちゃった 法則(オクッテト則)によるものです。あんまり 良い分類ではありません。

どうしても KLMNを 書く必要に迫られたときは、「しょーがねーなー。パズルでも解くか」ぐらいの気持ちで解いてください。

2個8個 18個 32個です。でも 実際に 書くのは、Znくらいまでです。

N殻の 32までを 埋めるようなことは まず ありませんから 安心してください。

じゃあ、実際の電子は どうやって、原子核の周りを 飛んでいるのか?

それは SPDFの オービタルを 習ってください。

これは コピーを はっときますね。

ただし、オービタルを ちゃんと 理解してから、即、すべての反応式が かんたんにかけるようになるわけではありませんし、テストで 正解を書けるようになるわけでもない。

なんとなく 理解したら、それでいいです。

5.2.最外殻電子 つまり 価電子

一番 外側で まわっている電子が その原子の特徴を決定付けます。

だから、周期表は、価電子の数で 規則的にならんでいるんです。家電氏の数は、アルカリ金属で1個、土類で 2個、とんで、ハロゲンで7個、希ガスで8個。遷移元素は たいてい 価電子が 1個から3個です。

なんで 価電子の数が決まるかというと、

SPDFの部屋に 電子を 埋めていったとき、一番外側の部屋にある電子の数が価電子なんです。くわしくは 図を参照。

「6.イオンの生成」TOP

6.1.イオンの作り方。

まずは プラスイオンの作り方。通称、陽イオン。

電子は マイナス1電荷だから、マイナスが取れると、陽子の数が多くなって、プラスに帯電する。

どんな原子でも、エネルギーを大量に与えれば、電子を 奪うことはできる。

一方、マイナスイオン、陰イオンは 電子が 過剰に くっついた状態。

電子を お金と 例えると、マイナスイオンを 欲しがるのは 借金取り。

借金取りになれる原子は 決まっている。

電子を 奪うことは 実質可能だけど、電子を 与えることは できない原子のほうが多い。すぐに 反発して もどに戻ってしまうからだ。

2.2.第一 プラスイオン化 エネルギー。

電子を 奪い取るために必要な エネルギーを 熱化学方程式で 表現する。気体状態の 原子を 使って 定量する。

2.3.第一 マイナスイオン化エネルギー。(電子親和力は 誤訳)

電子を 与えて どれだけ エネルギーを 放出するかを熱化学方程式で表現する。上と同様に、気体の原子で 調べる。

ここで 注意。欲しがっていない原子にたいして 無理やり 電子をくっつけることはできない。

「7.元素の周期表」TOP

1.1.周期グラフのいろいろ。

グラフの形を すべて 理屈をつけて 覚えましょう。理屈がわかっていれば、どうして その形になるかわかるから。

たとえば 融点グラフ。

炭素と シリコンが 高いのは 共有結合しているから。また 遷移金属は 融点が高い。これは チタンとか 鉄の 融点が高いイメージから カンタンに 導出できる。

1.2.化学結合

「1.イオン結合」TOP

電気陰性度の高い金属と 低い金属が 電子を授受し、クーロン力によって 結合する。

基本的に ポリマーっぽいと 考えてください。単純立方格子の形とか 塩化セシウム型とか で 規則正しくい結晶格子になっています。

1.2.組成式

分子の形で 存在していないイオン結晶。でも、組成するイオンの比によって、簡易に 表現します。

左に 陽イオン、右に陰イオン。たとえば NaCl は 組成式だけど、正確に 書きたいなら

(NaCl)n と 書くべきです。でも、毎回、nを 書くのが面倒なので、組成式という発想になりました。

 

1.3.陰イオンと陽イオンの名前の付け方。

亀田和久式では、金属、非金属に アルカリか酸かで 男と女のイメージを くっつけます。アルカリになれるほうが 男。酸になれるほうが 女です。娘酸 と 覚えてください。

そういうわけで、陰イオンは たいてい 女ですから、「女は 化け物」と 覚えてください。

たとえば、塩化物イオン  シアン化物イオン 硫化物イオン  水酸化物イオン

ね、「化物」の文字が余計に要ります。

**でも、陰イオンでも 酸由来の名前には 化け物が つきません。

たとえば 硫酸イオン 硝酸イオン 炭酸イオン  燐酸イオン

一方、陽イオンは 男ですから、化け物は要りません。

水素イオン ナトリウムイオン    カリウムイオン

 

1.4.組成式の名前の付け方

陰イオンの名前 + 陽イオンの名前

硫酸                        アンモニウム

そのまま くっつければいい。そのうち 慣れます。

また、

遷移金属イオンで 2種類以上 価数の種類をもつイオン結晶では、ローマ数字で (Ⅱ)とか(Ⅲ)とか  語尾につけます。

たとえば、塩化鉄(Ⅱ)vs 塩化鉄(Ⅲ)

1.5.イオン結晶の構造。

これは 「結晶格子の組み合わせ」を 参照してください。隙間に 球を入れていくイメージです。わかっているひとといないひとでは かなり 差が出ます。

限界イオン半径が やたら よく出ます。

1.6.イオン結晶の性質。

クーロン力で くっついてるので、沸点、融点も高いし、硬い。塩でも 岩塩といわれているくらいですから、岩のように硬い。一方、硬いが 割れやすい。

これは ひとたび ずれると プラスとプラス、マイナスとマイナスの斥力が働くため。

1.7.イオン半径

これは 理屈を考えれば、かんたんに 導き出せる。He型、Ne型、Ar型、Kr型の 電子の数だった場合、陽子の数が 低いほど、クーロン力が弱くなって、電子が 遠いところまで 言ってしまう。だから  Ne型では  酸化イオンが 一番大きくて、原子番号が増えるほど、次第に小さくなり、アルミニウムイオンが 一番小さくなる。

 

 

 

 

 

 

2.共有結合」TOP

2.1.共有結合

原子同士が たがいの不対電子を 出し合って、一緒に 肩を組み、お互いの オービタルを 共有しあう結合。共有したオービタルのことを Hybrid orbitalといいます。

共有結合した分子は もはや、ひとつの原子と見紛うほどの 癒着振り。他の4つの結合の中で、一番協力な 結合スタイルです。

この結合は 非金属原子どうしでのみ 可能です。有機化学では 共有結合ばっかりです。

共有結合の中にも 種類がありまして、一本目の 共有結合を シグマ結合、σ結合 と呼びます。二本目以降は、パイ結合、π結合 と 呼びます。

というわけで、二重結合は σとπ結合、三重結合は σとπとπ結合。

2.2.不対電子vs 電子対

        non-pair electorn vs paired electron だったかな。

不対電子が 共有結合のときに 使われます。

そして、共有結合した ふたつの不対電子のことを    共有電子対と呼びます。

          共有結合に関係ない       電子対のことを 非共有電子対               。通称、Lone pair です。さびしい ペアーです。

2.3.共有結合した分子の形。

形を決めるのは 中心原子の 手の数です。(VSCPR法)

手になれるのは、共有電子対と 非共有電子対と 不対電子の三つ。

手が2本なら 直線。

       3         三角形。

       4          四面体。

たとえば、H-OーH   一見、直線っぽいですけど、Oの 手は 4本です。

共有電子対2本と、非共有電子対2本。だから 四面体。

また、非共有電子対は 極性が 強いので、この四面体は ゆがみます。

水は、この4面体だからこそ、結晶構造は 規則的に 並び、密度の小さい 軽い固体になる。

しかも、強力な 水素結合も生み出す。

2.4.配位結合

中心原子あるいはイオンの余った非共有電子対を ふたつの電子ごと 別の原子あるいはイオンに あげちゃうような 結合。

配位結合の結晶なんてものは ありません。

(アンモニウムイオンや オキソニウムイオンの配位結合は 他の水素との共有結合と 区別がつきません。ただし、共有結合と配位結合はまったく別物です。超高速で 入れ替わっているので、どこに 配位結合が あるのか 見分けがつかないだけで、ちゃんと 存在しているのです。)

ただ、中心金属と非金属分子(イオン)が錯体をつくるときの配位結合は 共有結合のイメージとは かけ離れています。

配位結合は 共有結合に比べて、弱ーい結合力なんです。

表記の仕方は シンプルで   

(電子が余っている原子 あるいは イオン)→(電子が欲しい原子あるいは イオン)

                            H2O→H+

                            H3N→ H+

                            H3N→Ag+

2.5.極性。

極性とは 電気的 偏りのことです。つまり、電子が過剰に存在する場所と、過少になっている場所が 存在するってこと。

電子が過剰に存在する場所は 電子が もわんもわんとたっぷり広がっているイメージ。過少になっている場所は 小さくまとまっているイメージ。

 

その他<H2.1<CSI2.5<Br2.8<NCl3.0<O3.5<F4.0

「覚え方」、参照。

極性が 偏るほど、反応性が高くなる。

分極している分子vs分極していない分子    polarization

poloar molecule    vs nonpolar molecule

「3.分子間の相互作用」TOP

3.1.分子間力   ファンデルワールス力。Van den Waals Force

万有引力 F=kMn/r * r

の式からわかる。同じMなら 表面積が 大きいほうが 引く力が強くなる。

3.2.水素結合

強い電気陰性をもっていると Hによる 分極によるクーロン力のこと。

とくに わたしたちの体の中で もんのすごく大切な役割を担っている。

いろーんなものが 水素結合する。

なかでも OとH   NとHが 生体内では 大切。

FとH や ClとHは あんまり 出てこない。

ーOH のように Oが 電子(お金)が ほしい 借金取りだから、Hは なけなしのお金を取られる。

リッチな借金取りの酸素(マイナスに帯電)。そして、飢餓状態の水素(プラスに帯電)。

プラスに帯電した水素が 他のリッチな酸素に くっつこうとする。「金ジャー 金をくれ絵ええええええええ」この 力こそ、水素結合のすごさ。ほかの 分子間力とは 比べ物にならない強さ。

3.3.分子結晶

壊れやすいし、やわらかいし、融点、沸点が低い。昇華するやつが多い。

「4.金属結合」TOP

4.1.金属結合

規則正しく、面、体、六方構造に整列した陽イオン金属原子のまわりを 自由電子が 自由に飛び交うイメージ。

だから、わりとカンタンに 伸びたり 、熱や電気を 通す。

4.2.金属の結晶構造

体心立方格子 、面心立方格子、六方最密構造。

このやりかたは、「格子のグラフ方法」を参照。

金属原子の半径の定量するも カンタンにできるようになります。

4.3.金属の性質。

光(電磁波)を 跳ね返す。:自由電子が 電磁波を吸収し、励起し、また、元の状態に戻るとき、同じ電磁波を 放出する、この一連の過程が 「反射」の正体。

金属結合といっても、あんまり電気を通さない金属もあれば、延性があんまりない金属もある。

種類が多いだけに、いろいろあるのが 金属結晶の特徴。

「5.化学結合と結晶」TOP

5.1.結晶の分類

イオン結晶は 周期表の 左と右の原子同士。

金属結晶は 典型金属か 遷移金属の単体。

共有結合は 「シック」Si と C関係。

分子結晶は 分子どうしなら なんでもあり。

1.3.物質量と化学反応式

「1.原子量・分子量・式量」TOP

1.1.原子量

1モルの質量数12の炭素を 12.0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000グラムと 定義した。

他の原子の原子量は 質量数に応じて、相対的に 相似計算して 導出する。これを 通称、相対質量と呼ぶ。

(一方、原子一個の質量を 絶対質量と呼ぶ。 原子の重さを基準にして すべてを量るのは 面倒なので、もっと みじかな質量数12の炭素で 12グラムを 基準とした。)

1.2.元素の原子量

言葉 ぐちゃぐちゃに なりやすいので 先に 例示する。

たとえば 炭素。

原子の原子量は 質量数12の炭素で 12g

                        質量数13の炭素で 13g

じゃあ

元素の原子量は 炭素で                    12.01g

(つまり 元素の原子量は その元素の質量の 期待値)

ふつーは

この「原子の原子量」と 「元素の原子量」は 区別されず、元素の原子量ことを ひとことで 「原子量」と 呼ぶことになっている。

こういう定義の話になったときだけ、「原子の原子量」が 俎上に上がる。

こういう日本語のあいまいさは   いまにはじまったことではないけど、ほんとに いやになりますね。どうして 日本化学会は 名前を変更できないのか。

1.3.分子量

分子の質量を 原子量で 足して計算したもの。

CO2は 44g /mol    あるいは  44(単位なし)

(** なぜか 相対質量には 単位をつけたくないらしい。どうして?日本化学会!g /mol  をつければいいやん?)

1.4.式量

組成式や イオンの質量を 原子量で 足して計算したもの。

NH4 は 18g/mol

電子が 一個や二個 離れたり、くっついたりしたからって、質量は 同じです。

とくに、こういうイオンの質量に関しては  電気分解のところで でてきます。

 

 

 

 

 

 

 

「2.物質量」TOP

2.1.物質量 というか モル。

602000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000個を 1セット と いいたいところを 1モルと 呼ぶことにしたんです。↑たぶん 0が 23ぐらいあります。

12個を 1ダースと呼ぶように。2人を 1カップルと呼ぶように。24時間を 一日と呼ぶように。60秒を 1分と呼ぶように。

6の10の23乗個を 1モルと呼ぶ。

6の10の23乗個を アボガドロ定数と呼ぶ。

「物質量は いくらですか?」=「モル数は いくらですか?」

物質量=モル数。もるすう。

2.2.1モルの感覚を 広げる。

A. グラムにおける 1モル。

たとえば 水。 H2O これの「モル質量」は 18g/mol

つまり 1molの水は 18g

B.体積における 1mol

標準状態 つまり 「1気圧  0度」あるいは 「100kPa 0度」のとき

1molの 気体が 占める体積は 22.4?   

C.分子の個数における 1mol

アボガドロ定数  6の10の23乗個

D。分圧、分体積を molとして扱う。

PV=nRT より、ある化学反応の前後で、Tが変化しない場合、分圧、分体積を mol扱いして、定量を簡易化することができる。

分圧のほうは、気体の化学平衡で 圧平衡定数を 求めるときに 多用します。

分体積のほうは、未知の有機物質の分子量を デュマ法によって 定量するときにつかいます。こっちは デュマ法ぐらいでしか使いません。

というわけで molと 粒子の個数、質量、標準状態での気体の体積を 正四面体の4つの頂点にした イメージを もってください。

そこに 分圧を くっつけて molのイメージとします。

 

 

 

「3.化学反応式」TOP

3.1.化学反応。化学変化。

はっきりいって、化学変化は 本当に いろーーーーーーーんな 種類があります。ですから、いろんな 切り口から 視点から、反応を 眺めてその全体像を 手に入れましょう。

A。反応物 → 生成物

これは Input → Function → Outputの関係です。典型的二元論が 成り立っていますね。

このFunction  の 部分に いろんな 名前をつけていくわけです。

B. 化学反応を 三態によって 分類する。

物質の状態は 気体、液体、固体 つまり Gas ,Liquid 、Solidの 三態があります。場合の数で、GG   GL  GS  LL  LS  SS の 6種類の反応方法があります。

GG。気体同士を 混ぜて、反応させる。たとえば、アンモニアと塩素で 「中和」

GL。液体と 気体の反応。たとえば、アンモニアを 水に 「溶かす」。

GS。気体と固体。たとえば、グルコースを 酸素と 「燃やす」

LL。液体と液体というより、液体の中に溶けている イオンどうしの反応が ほとんどです。たとえば、水に溶けた硝酸と 水に溶けた水酸化カリウムが 「中和」

LS。液体と固体の反応。これも 「溶かす」が ほとんど。たとえば、銀に 硝酸を混ぜて、銀を「溶かす」。

SS。固体同士の反応。固体同士を すりばちで 混ぜて、加熱するという反応が メジャー。塩化アンモニウムと水酸化カルシウムの固体を混ぜて、加熱し、「追い出し」反応。

C.Function としての反応 いろいろ。

ひとつの反応は いくつかの要因が 重なっているものが多いので、単純に この反応は 「○○」反応ですよ とは いいきれない場合が多い。

でも とりあえず、主要な 反応を すべて データベースしておきましょう。

1.溶かす。「水和させる。vs水と錯体を作る。」

溶媒である水の中に入れて、混ぜて 固体、液体が 混ざったように見える状態。

反応の種類は 「水和させる」と「水と錯体を作る」がある。

「水和させる」は 極性溶媒である水と 極性のある物質が なじんで、水和水に囲まれて、分散した状態。極性物質自体は イオン化していない。

たとえば、アルコールと水の水割り。

一方、

「水と錯体を作る」は 物質が イオン化つまり、電離して、水分子と 錯体を形成すること。

たとえば、NaClと水で 海水。

2.中和反応。

酸性物質は 水と錯体を作って、電離して溶けたとき、自分の水素イオンを放出して、水を酸性にします。水素イオンは 陽子、つまり プロトンでもあります。水の中では プロトンは 不安定なので、水と配位結合して オキソニウムイオンとして 存在します。

アルカリ性物質は                                        自分の水酸化物イオンを放出して、水をアルカリ性にします。

この両者が 同じ水溶液の中で ばったり出会うと、水素イオンと 水酸化物イオンが くっついて、安定した水分子になります。また、放出した中心分子(あるいは原子)イオン どうしは クーロン力で 引かれあって、塩(えん)、英語で Salt になります。溶解度が低いなら、沈殿します。

ちなみに 亀田和久式では アルカリ性が男性、酸性が 女性として ロールプレイします。

3.酸化還元反応

酸化剤は 電子を 欲しがっている物質です。

還元剤は 電子を 出してもいいと思っている物質です。

亀田和久式では 酸化剤は 借金取り、還元剤は お金持ちです。そして 電子が お金。

酸化剤は 還元剤から お金をもらうと 別のお金をもった物質に変化し、

還元剤は 酸化剤に お金を取られると、別の貧乏な 物質に 変化します。

お金を持っているかどうかというのは、中心原子が どの程度、電子を 普通の状態から 与えられているか、あるいは 奪われているかで 判断します。

これは 酸化還元のところで 詳しく解説します。

4.脱○○反応。

なんらかの物質を加えたり、あるいは 加熱することによって、○○を とりさる反応です。

脱水反応。脱塩反応(わたしが 命名しました)が メジャーです。

脱水反応は、

たとえば 過熱して取れるものとして、水酸化カルシウムを強熱して、生石灰にする。

とか        濃硫酸を 入れて取れるものとしては、グルコースに濃硫酸を入れて、炭素にするとか。

脱塩反応は

たとえば、酢酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの固体を 融解させて、メタンをぷくぷく、炭酸ナトリウムが 脱塩される というわけ。

5.追い出し反応。

酸性とアルカリ性における、男女の 修羅場と 考えてください。

貧弱な男が きれいな女性と付き合っていたとします。(弱アルカリと強酸の塩)

ここに かっこよくて 強い男が 現れて、「おまえとこのお方は 不釣合いだ。どけどけーい」といって、仲を 引き裂いてきました。

きれいな女性は この強い男に 一目ぼれ。弱い男は 「あ~れ~えええ」と 吹き飛ばされてしまいましたとさ。

この吹き飛ばされた弱い男、通称、アンモニウムイオンは 飛ばされて、アンモニアになって、実家へ 帰ります。そうそう、追い出されて、アンモニア(気体)になって ぶくぶく 出てきたんです。

これを 男女 逆にしても 成立します。

6.揮発反応

溶液中に溶けた揮発性物質が、ぷくぷく 揮発する。

たとえば、硝酸、塩酸の製法。

硝酸の塩、塩酸の塩を 濃硫酸の中に入れる。すると、揮発しやすい硝酸、塩酸が でてくる。

以下、有機化学特有反応

有機化学データベースを参照。

11.置換反応

12.付加反応

13.脱水して、二重結合形成反応

14.重合反応

15.加水分解反応

14.縮合反応。エステル化、アセチル化、アミド化

 

*****************************

さらに、反応を 別の見方をすると、結局のところ、すべての化学反応は

「酸化数が 変化している」vs「酸化数が 変化していない」の 二元に 分けることができる。

「酸化数が 変化している」の反応データベース。

1.酸化還元反応

2.分解系反応

熱分解、触媒による分解、UVによる分解

3.付加反応

4.置換反応

5.脱水反応

6.脱塩反応

一方、

「酸化数が 変化していない」の反応データベース。

1.中和反応

2.揮発分解反応

3.沈殿形成反応

4.錯体形成反応

5.気、液、固相の転移反応

6.異性化反応

*****************************   

         3.2..化学反応式の作り方。

まず、何の反応が 起こっているのか 上のデータベースより はっきりさせる。

そして、その反応ごとに 決められた方法があるので、それに則って、反応式を作る。

係数の 決め方も、それぞれの反応ごとに 決まったやり方があるので、以下のデータベースで 説明する。

「4.化学反応式と量的関係」TOP

         4.1.理論値vs反応量による 定式。

たすきかげによる定式。(後日 絵を張ります。)

         4.2.はじめ 反応量  反応後による 定式。

(同上)

「5.化学の歴史」TOP

ときどき センター試験や 一部の私立大学で出ます。化学の巨人。

A.デモクリトス による 原子論

B.タボアジエ による 質量保存則

C.プルーストによる 定比例の法則

純物質の 分子、ポリマーの原子の構成比は  同じ物質なら  定数で比例する。

D.ドルトンによる 倍数比例の法則

AとBが 化学反応して Cができる場合、AとBの反応量の比は つねに 一定になる。

E.ゲリューサックによる 気体反応の法則

AとBの気体が 化学反応して Cができるとき、同じ条件下では、AとBと Cの反応量は つねに 一定になる。

F.アボガドロによる 分子説

同じ条件下の 同じ体積を持った気体 Aと Bは 同じmol数になる。この気体A、Bは 原子が くっつきあった分子であり、分子は 原子に分割できる。

G。アボガドロの法則。アボガドロ数。

標準状態の 22.4?には 1molの気体分子が 入っている。

   

さて、法則を理解したところで、名前と法則名を

亀田和久による 語呂合わせで どうぞ。

「アボガド   ドル立て貯金   リュックサック など 要素を使います。近日公開しようかな」

 

 

 

2.物質の状態

2.1.物質の三態

「1.三態とその変化」TOP

         1.1.物質の三態、あるいは 三相 GLS !

一般に、融解熱vs蒸発熱。1gあたり、融解させるためのエネルギーvs蒸発させるためのエネルギーでは、蒸発させるほうが たいへん 険しい道のりになる。

それは、たとえば、水なら、おなじ水分子どうしの 水素結合、分子間力、なんかを 解き放って、自由に 飛ぶほうが たいへんだから。

氷の状態から 液体になるのは、それに比べて、たいしたことはない。

         1.2.氷の異常性。

氷は 水分子のVSCPR法の解析により、正四面体構造になることを説明しました。

ーH が 2本 と 非共有電子対が2本 で 中心が Oの 正四面体。これが ダイヤモンド型の結晶格子構造を とるので、密度が 低い固体結晶になる。密度が 水よりも低いスカスカ固体なので、液体に浮く個体という奇妙な現象が起こる。

だから、地球は 今の姿をしているし、人間は 安定した気候の環境で 住むことができる。水の特徴が、生命にとって 都合のいい環境を作り出してくれている。

一方、ふつうは たとえば ベンゼンのように  固体になると、密度が高くなるので、液体に沈む。

GLSで 変化するときの 変換名は まあ どうでもいいです。使っているうちに慣れるでしょ。

融解=凝固、昇華=昇華、蒸発=凝縮

「2.蒸気圧」TOP

         2.1.気体と液体の 平衡反応。

じゃあ、分子の平衡状態を、ディズニーランドのキャストで 例えましょう。気体分子が ランドで働いているキャストです。そして、液体分子がキャスト予備軍。ランドで 働くことができるのは 一定の人数までです。定員が 決まっている。だから、もし キャストが過少なら、 キャスト予備軍はゼロだし、 キャストが 過剰なら、悪いんだけど、キャスト予備軍に 回ってもらう ということになる。

ディズニーランドの経営者は つねに キャストの人数が 一定になるように 見張っていて、もし、キャストが 休んだ場合、すぐに キャスト予備軍から キャストへ 昇格させる。つねに、いったり きたり。

これが 気液平衡状態。

つまり、プール(液体分子)が 存在しているということは、気体分子が 定員に 達していていることを 示している。

「定員」は、温度にのみ 依存する。そして、定員の基準となっている数値が 「飽和蒸気圧」なのだ。

もし、気体分子が 働ける場所が ランドだけじゃなく、ディズニーシーも あれば、働ける気体分子の数は 増えますよね。でも、ディズニーリゾートの1平米あたりの従業員人数は 決まっている。それが 飽和蒸気圧のようなものなんです。

飽和蒸気圧と その気体の働ける体積を状態方程式にいれて、実際に 働ける気体分子(キャスト)の 人数を 計算して はじき出すというわけです。

わかったかな?

ちなみに 高温になるほど、飽和蒸気圧は 増えます。つまり、夏休みで 混雑するほど、キャストの働く人数が 増えるのと一緒です。ああ リアル。

         2.2.飽和蒸気圧曲線と ボッシュート直線。

没収 そして シュート。これを 合気道で くっつけると ボッシュートと 呼びます。直線の正体は、Vが一定の条件(定積条件)で ある気体のp=k×T の直線です。

(T,P)グラフにおいて、飽和蒸気圧曲線より ボッシュート直線が下にあるとき、セーフです。その気体は 気体でいることができます。

しかし、ボッシュート直線が 上にあるときは アウトです。仁君人形が ボッシュートされるように、気体は 液体に凝縮されます。そして、その気体の圧力は  かならず 飽和蒸気圧と一致します。そして、その蒸気圧の値から、状態方程式を利用して、気体のmol数を定量するのです。

          2.3.気体が 液化する実在気体系の問題の解き方。

A。まず すべての実在気体が 気体であると仮定して、ボッシュート直線を 定式します。

B.ボッシュート直線が下にあるなら、そのまま OK。

C.ボッシュート直線が上にあるなら、その気体の圧力は 蒸気圧と一致します。

D.よって Bと C、どっちにしても、その気体の圧力がわかるので、状態方程式から、気体のmol数を定量する。

すべては 以上のパターンです。だから 出たらすべての問題を カンタンに解くことができます。難しくしようとすると、たいてい 有機物質を 酸素で 燃やして、でてきた水が 蒸気圧になってますよね問題になります

         2.4.沸騰のイメージ。

水の中から とつぜん 泡でてくる沸騰。あの泡の中身は 気体になった水です。水の気体になりたい圧力が、大気圧と水圧の和に 打ち勝って、液中に気体の粒ができるんです。もちろん、気体のほうが 密度が低いので、ぷくーっと 浮いてくる。

         2.5.状態図の中の 飽和蒸気圧曲線。

まあ、状態図   というか 「実在気体の (T,P)グラフ」です。

三態の状態図の中には 3つの曲線が 入っています。

Yの字の 

\ が 融解圧曲線。

/ が 蒸気圧曲線。というか 飽和蒸気圧曲線。

|が 昇華圧曲線。

いつも 蒸気圧ばっかり 与えられていますけど、条件によっては、蒸気圧の代わりに、昇華圧を 使って、状態方程式から 気体のmol数を求めることもあります。

 

そんなわけで、実在気体の (T,P)グラフ以外にも、(T,V) グラフや (V,P)グラフがあります。

グラフが 多くなるほど、理解は 深まります。

 

 

 

2.2.気体の性質

「1.気体の体積と圧力・温度」TOP

1.1.気体の定式。ボイルシャルル。というか 「B8式」

PVT 。Pressure Volume Temperature。n は  mol 数。なぜ nを 使ったかは不明。

PV/nT= PV/nT

つまり 変数の数は8.だから Bオイル シャルル 8式。略して B8式。

ボイルシャルルだと なぜか n が 無視されていますけど、n もちゃんと 入れてください。

B8式は 「変化の方程式」です。n を 入れることによって、気体が 化学反応したって、使えます。だって、いつだって Rは 一定なんですから。

 

 

 

「2.気体の状態方程式」TOP

2.1.状態方程式。J4式。

状態方程式の じょ つまり JO。j 。4は 変数の数。PV=nRT。

今は、過渡期なので、はっきりいって、atm を 使うべきか、Pa を 使うべきか迷います。

問題の製作者側が ちゃんと 変換するときのデータを 示さないと、値が ずれるからです。

たいていの製作者は 1気圧=100kPa とするはずですが、実際は 1%ずれます。この値で、計算するとずれちゃうんです。1%分。つまり、標準体積22.4? が 22.7?に なってしまう。これは ひどい。ふたつ 答えが出てしまう。標準体積を基準にして、22.4?で 計算するか、あるいは 100kPaで 計算するかで 2種類の答えが出る。

Paは MKS系なのに、?は そうではない。なぜ 混在させるのか よくわかりません。

そんなに 圧力を Paで 表示したいなら、atm で計算させておいて、最後に Paに 変換させればいいんです。化学的な量を測るのには リットルが 便利なんだから、そういう配慮をすればいいのに。日本化学会は なにがやりたいのか よくわかりませんね。

(実際に、新学習指導要領後にも、atm で 出題してました。大学の教授は どっちを 選ぶのか、過去の問題を見るしかないです。)

というわけで Rは 2通りで 表現できます。

R=8.31     [J/mol・K] 

R=8.31k     [Pa・?/mol・k]

ちなみに、旧課程だと、R=0.082 です。わたしは こっちで慣れているので、迷惑しています。

State Equation つまり 状態方程式は 「点の方程式」です。

気体だったら、いつでも この式に従います。

         2.2.実在気体vs理想気体。

上の式は 理想気体の状態方程式です。

実在気体は ファンデルワールスの状態方程式に 従います。

要するに、PとVを 補正すればいいんです。

実在する気体は、

自分自身の分子間力で たがいに引き合い、

自分自身の体積で 飛び回る空間を 狭くしています。

よって、 実際の圧力は   理想の圧力より小さくなっているので、ちょこっと 強くする。

また、   実際の体積は    理想の圧力より大きくなっているので、ちょこっと 減らす。

こうして 補正した状態方程式が できます。

まあ、試験には出ないでしょう。

   

それよりも出るのが、

A。実在気体を理想気体に 近づける方法。

実在気体が良くないのは 「自分自身に体積があること」と「分子間力で 互いに引っ張り合うこと」です。

じゃあ、体積を 感じさせないようにして、引っ張り合いにくい状態を つくればいい。

「すかすか」で 「びゅんびゅん」とんでいる気体分子は 理想気体に近い振る舞いをする。

つまり、

低圧にして、高温にすればいい。気体の温度イコール気体分子の運動エネルギーだから、高温にすれば、高速になる。

すかすか していれば、自身の体積は 無視できる。

びゅんびゅん 飛んでいれば、互いの 分子間力を 無視できる。

B。理想気体からのずれ定式。

(P.Z)グラフ における ずれを 解説できるように。

温度が低くて、圧力が50気圧ぐらいだと、互いの分子間力で 理想気体の体積よりも 縮んでしまうので、下方向に曲線が曲がる。

また、極性分子も クーロン力で 縮こまるので、下に曲線が曲がる。

圧力が 1000気圧を 超えてくると、今度は、互いの体積が ぎゅううぎゅううううになってきて、体積を 膨張させる。よって、上方向に曲線が曲がる。

 

 

「3.混合気体」TOP

3.1.混合気体は混合してないかのように 仮定するのが味噌。

入試に問題として出されるのは95%以上が 混合気体。

混合気体の考え方は 2通りある。「分圧」型 と 「分体積」型だ。

A。「分圧」型の気体の考え方。

別別の気体同士、体積は共有して一致しているが、圧力を それぞれ 分け合って 協力して外力を 押している イメージ。みんなで ピストンを もちあげて わっしょいわっしょいイメージ。

この考え方が 一番良く使われる。デュマ法以外では、すべてこの考え方を利用して 解いていく。

B.「分体積」型の気体の仮定の仕方。

別別の気体同士、圧力は共有して一致しているが、体積を それぞれ 分け合って  ひとりひとりが外力を 押している イメージ。別の部屋に 閉じこもって、自分ひとりで、わっしょいわっしょいイメージ。

デュマ法で、分体積から 空気中に混ざっている有機ガスの質量を 浮力から 定量する。

ここでしか 分体積の仮定は 使わない。

         3.2.混合気体の それぞれの気体のPVnTを テーブル化する。

Table 。それは 四角い表のこと。たとえば アメリカ人は 九九のことを Multiplication tableと呼ぶ。株式の一覧表は a stock table 。そして よく使われるのが、 Timetable。

科学において、Table は データベースするために 必要不可欠な技術です。

このテーブル化技術、通称「テーブる」を 利用して、どんどん 理解を深めてください。

また、混合気体のデータを 把握するためには、デーぶるが 本とーーーーーーーーーーーーーーに 有効です。これがないと データが 錯綜して なにが なんだか わからなくなります。

わたしのテーブルの作り方。

→ の方向は、気体の種類方向です。↓の方向は PVnTのデータです。

たとえば

           水          二酸化炭素           窒素                    ALL

P       1                   2                    3                         6atm

V       5                   5                     5                          5 litter

n       h                    c                   t                         h+c+t mol

T      300                 300                300                         300K

これが テーブルです。

ちゃんと マッピングしてください。実際のノートの手書き感は www.ndthikaru.com/kagaku.html で 見ることができます。

 

 

2.3.溶液の性質

「1.溶解と溶解度」TOP

1.1.水に溶けるとは?

化学反応のところで 2種類あることは 紹介しました。「溶けてイオンになる」vs「溶けて 変化せず、水和水に 囲まれる」でした。

大学入試では 水に溶けることだけを 考えます。ベンゼンへの溶解度なんて どうだっていいんです。

ちなみに、物質の名前として、「溶けてイオンになるのは 電解質」vs「溶けて 変化せず、水和水に 囲まれるのは 非電解質」です。

固体を水に 溶かすときは 電解質ばっかり 扱い、

気体を 水に溶かすときは 非電解質ばっかり 扱います。

ちなみに、1mol 塩が溶解して、完全電離して、ナトリウムイオンと 塩化物イオンに なったとします。これは 合計 2mol が 溶けた状態として扱います。

これは 気体では 扱わなかった感覚です。気体分子が 分裂して、2mol になるなんてことなかったですけど、液体では ありえます。

ちなみに、ちなみに、理想気体と実在気体というのが 気体ではありましたが、溶媒に溶けるイオンも 理想イオンと 実在イオンがあります。理想イオンでは 互いに イオンどうしが 干渉しあって、溶けやすくなったり、溶けにくくなるとか、ありません。

気体で あつかった PVnTの 感覚は そのまま 溶液への溶解にも つかます。

気体では 「空間」に 気体分子が 飛び回る       でしたが

液体では 「溶媒」に イオン が    泳ぎ回る       という感覚です。

気体の状態方程式     PV=nRT は

浸透圧の方程式       πV=nRT へ 。やっぱり、気体の感覚は 液体の感覚と 似ているんです。

そして 唯一の大きな違いが、「電離して n が 増えること!」これだけ 気をつけてください。

1.2.溶解度と析出量の定式。

A. 溶液の状態テーブル式。

気体において PVnTを テーブルにしたように、溶液の溶解度においては

?:「溶液の質量」 M:「溶質の質量」  C:「溶媒の質量」を テーブル化します。

たとえば、硝酸ナトリウム、20度のとき、溶解度88 [g /100g水]を テーブル化。

溶解度 に あわせて ?MCを 定式するのを「理論値」とします。これは 飽和溶液のときの?MCの比だからです。一方、?MCの実際の値を 「反応量」とします。これは 化学計算の基礎で 説明した 「理論値反応量 たすきがけ定式」と まったく 同じ感覚です。

           20度の反応量                            20度の理論値

?          224-x                                          188 g

M           100-x                                            88 g

C               124                                           100g

上の テーブルは 反応量のところに、60度で 実際に とけていた 224gの溶液を 20度に下げて、xグラムの溶質を析出させた ことを 表現しています。

あとは 6個の 箱のうち 4つをえらんで たすきがけして ください。一元一式。小学生でも できます。

どんなの 面倒な 設定になっても、この溶解度問題は これ以上の定式には なりません。「難しい」のではなくて、「面倒」なのです。そこのところを 勘違いしないでください。

B.   析出させるための ファンクションデータベース。

析出させて、その析出量を 答えさせるのが この問題のすべてです。

B1. 冷やす。

溶液と 溶質を まいなすX

B2. 乾燥させる。

溶液と 溶媒を まいなすX

B3.  水和水が 冷やす、乾燥させることで 析出。

溶液、溶質、溶媒を マイナス X 、Y 、Z

たとえば 硫酸銅 5水和物だったら

X:Y:Z=250:160:90 です。単純に面倒なだけ。

B4.他にもあったような。

         1.3.溶解平衡

気液平衡のところで ディズニーランドのキャストで 説明しましたけど、おなじことが 固体と イオンのなかで 起こっています。

どれだけ イオン(キャスト)が ランドのなかで 働けるかは 温度によって決まっています。イオンが 過剰になると、固体(キャスト予備軍)に 吸収されて、つねに、キャストが 過不足ない状態になって 営業しているのです。

溶解度積 というものがありますけど、これは 溶解度と まったく同じ考え方です。ちがうのは 溶解度は いっぱい溶ける固体で 溶解度積は ほっとんど 溶けない固体ということ。

あまりにも 溶けないので、グラムで 扱うのではなく、mol 濃度で 定量するんです。こちらのほうが、イメージしやすいから。

また、積に なっていても、気体の溶解 ボッシュート直線のイメージは そのまま使えます。

ちなみに、溶解度と溶解度積の違いは 単位だけじゃありません。もうひとつだけあります。

それは、溶解度は 両方のイオンが 一定の量存在することだけを考える。これに対し、

溶解度積は 片方のイオン一定で、もう片方が 増減する場合を考える。ということ。

積で 考えるので、このように バラバラに考えることが可能なんです。

まあ、下のほうに 詳しい説明を書きます。

 

「2.気体の溶解度」TOP

         2.1.気体の液体への溶解度。実は、固体の液体への溶解度と 対して変わらない。

ここでも、気液平衡が 成立してます。ディズニーランドのネタです。今度は、気体分子と 液中分子で 平衡します。

今度は、キャストが 液中分子で キャスト予備軍が 気体分子。ディズニーランドで イオンが 働ける量は 決まっているので、常に一定になるように、気体分子が 待ち受けているというわけ。

なんで 「液中分子」っていうかっていうと、気体の溶解度で扱うのは 電離しない気体だけだからです。

         2.1.ヘンリー式。Henry’s Eq.

亀田和久が 勝手に作った式ですが、かならず 成立する式です。

n=D・V・π

n が 溶けている液体中の分子のmol数

Dが その気体のその温度における定数。自分で 作り出す。DissolutionのD。これは わたしが 勝手に つけました。

Vは 溶媒の体積、?。

πは 気体分子の気圧。

亀田和久の持ちネタとして、むかつく先輩への 化学的仕返しシリーズが あります。むかつく先輩に パシリで 缶ジュースを 買ってくる場合、かならず、脇で缶を暖めて、炭酸の溶解度を 下げましょう。そうすると、空けた瞬間 先輩の顔に コーラが 吹き出ます。

n で 考えてください。

標準状態に わざわざ 戻すとか 教科書に載っているように やらないでください。はっきりいって あほの坂田です。

知りたいのは 気体が 何mol溶けているか なんですから。

 

「3.溶液の濃度」TOP

         3.1.3つの濃度の定式。

あるひとつの溶液は、3つの 濃度表示をすることが可能です。

質量パーセント濃度 α

mol 濃度 C

質量mol 濃度 m

 

定式のイメージは すでに www.ndthikaru.com/kagaku.html  で 紹介しています。

ま、αは ?MC式。

Cとmは 1molモデル式。 で 求めてください。

         3.2.それぞれの単位の使い道。

αは どれだけ 濃いのか 示すのに 使います。家庭で使われている酢は どれくらい酢酸が 入っているのかなーとか、市販の濃硫酸の濃度は どれくらいなのかなー というときは αで 表示されます。

それ以外にも、固体のなかに どれくらい 不純物が 含まれているか、含有率としての αという見方もあります。

気体では αは つかいません。

      

一方、Cは 気体、液体のみで 使用します。固体では使いません。

Cは 酸、塩基と、平衡反応で 使います。化学では もっとも使う単位です。

 

そして、m は 液体だけ、しかも 溶媒は 水ぐらいしかつかいません。ですから

単位は 「mol/Kg水 」と 表示して 差し支えありません。水 の部分は かっこよく H2Oとしてもいいです。

これは 蒸気圧降下、沸点上昇、凝固点降下のときのみ 使う単位です。これ以外では 入試で目にすることはありません。

 

「4.沸点上昇と凝固点効果」TOP

         4.1.溶液の蒸気圧降下 による ラウールの定式。

この分野は 定式が あいまいになっている気がするので、なんか ぼやっとした感じがします。ちゃんと 定式を 対象化しましょう。

A。ラウールの定式。「R4式」  希薄溶液の蒸気圧定式

(不純物入り溶液の蒸気圧)={(水のmol数)/(水と不純物のmol数)}×(元の蒸気圧)

P=(N/N+Zn)*P0

ここで Zn にしたのは 不純物が 電離するときとしないときがあるから。

気体問題と 液体問題の 最大の違いは 飛んでいる分子は 電離しないが、泳いでいる分子は 電離するかもしれないってことでしたね。

だから 強調するために Zn としたんです。

Zは 価数です。不純物が NaCl なら Z=2

                                   硫酸なら Z=3 です。

これが すべて源泉となる式です。これを 変形していきます。

B。蒸気圧降下分定式。「ΔR4式」

ΔP= P-P0=(Zn/N+Zn)*P0

ここで  N+Zn は Nと 近似しても 計算結果が対して変わらないので、

                  =(Zn/N)*P0

ところで Zn と Nを それぞれ mol から g へ 変換しましょう。

n=w/M   

N=W/ 18       (Nは どうせ 水だから)

これを 上の式に入れて、質量mol濃度を 利用するために、Wに 1000g/ 1000g をかける。

                     =Z×(w/M)÷(W/ 18 )×(1000g/ 1000g) ×P0

                     =Z×(w/M)÷(W/1000g水)×(18Po ÷1000g)

                     = Z×(質量mol 濃度)            ×(定数 Kp)

これが 蒸気圧降下分の定式 ΔR3式。

変数は ΔP と w と W とZ と 4つ。

さて

この蒸気圧降下分の式は  沸点上昇分の定式と 凝固点降下分の定式を導き出します。

証明方法は どうでもいいです。「三角形の相似」だと 思ってください。

「ΔT4式」です。

ΔTb== Z×(質量mol 濃度)            ×(定数 Kb)

ΔTm== Z×(質量mol 濃度)            ×(定数 Km)

bは Boiling point のb 。そして mは Melting pointのm。ついでに ラウールのほうも 比較すると、

ΔP== Z×(質量mol 濃度)            ×(定数 Kp)

というわけです。KmとKbは 問題で 与えられる実験値です。

すっきりしましたね。

         4.2.なんで 上昇したり、降下したりするのか。

不純物が 水面に現れて、出入りを邪魔するから。蒸気圧降下。

             沸騰するとき、                               。沸点上昇。

              凍るとき       、結晶形成を邪魔するから。凝固点降下。

         4.3.冷却曲線。マイナス50度の冷蔵庫に入れておいたときの 水の温度変化グラフ。

純粋な水は、水と氷が 共存しているとき、0度で 一定になる。また、過冷却がおこって、液体なのに マイナス4度 くらいまで 下がる。振動を ちょこっと 与えると、一気に 水が 凍る映像は みなさんも 米村でんじろう先生に見せてもらったことがあるでしょ。

一方、

不純物が少しでも入っている水は 氷ができるほど、残っている水の質量mol濃度が 上がって、濃くなっていく。だから、凝固点降下が 凝固点降下を生む。

最後は、その不純物が飽和溶液になって、析出し始め、凝固点降下しなくなる。固体になってしまえば、ラウールの法則に 従わないからだ。それに 、ラウールの法則は 「希薄」な溶液にだけ 適用できるので、どこまで 凝固点が 降下するかは 正確に 定量することはできない。

でも、そのうち、固体だけになって、さらに 温度が下がっていくことが予想できる。

         4.4.Zの定式。

Zの定式の概念は 酸塩基の 電離度の考え方を使います。まずは そっちを 学んでから、この分野を勉強してください。

電離度 と 会合度 があります。

         4.5.この分野の 計算問題。

はっきりいって 簡単なものしか出ません。でたら ラッキー。

蒸気圧が つりあったときに、気液平衡状態になって、液体の移動がなくなります。

ここで 裏技を紹介します。

もし、つかわれている不純物のZが すべて一致していたら、蒸気圧がつりあったときの濃度は すべての溶液を 混ぜたときの濃度と一致します。

これで いくらか 計算が 速くなります。ここは 面倒な 式変形が多いので、ありがたいといえば ありがたい。

でも Zが 一致していないのに これをやると 確実に 濃度が 合いませんから、注意してください。

 

 

「5.浸透圧」TOP

         5.1.浸透圧

半透膜というスペシャル膜のおかげで、この現象が観測できます。生体内だと、細胞膜が 半透膜になっています。

化学では セロハン膜が 半透膜として 使われます。

半透膜は 半分 透過する膜です。水は 透過するが、巨大分子は 透過しないために、濃度の不均衡が 起こります。

このとき、水の 濃いほうへ 行きたいという想いが 浸透圧を生み出します。

実際に 半透膜で 起こっている現象は 次の通り。

(うすい溶液の水分子の数)→→→→→→→←←←←(濃い溶液の水分子の数)

不純物が 穴を邪魔して、濃い溶液のほうは 水分子が うすい溶液へ移動するのを 妨げています。

一方、うすい溶液は 邪魔がいないので、らくらく 濃いほうへ 水分子が穴を 通過できるのです。

この水分子の数の違いが 圧力の差になって出てきます。

         5.2.浸透圧の定式。「π5式」

気体の状態方程式が J4でしたので、浸透圧は π5です。

πV=ZnRT

Zが 入っていることを 何回も 強調します。

これは 溶液の状態方程式と 思ってください。止まっている定式です。

一方、ボイルシャルル式、B8式は 動きのある定式でしたね。

もちろん、溶液にも、ボイルシャルルの式に相当する式があってもいいはずです。

どこにも 教科書には 乗っていませんが、「πB10式」として わたしが 考えました。

πV/ZnT=πV/ZnT

一応、Zは 共通しているので、かならず 消えます。だから πB8式でも いいんですけどね。

         5.3.U字管の でっこん ぼっこん 式。

片方を、1センチ 押し下げると、もう片方も 1センチ 上がります。

すると、どうしたことでしょう。液面差は 2センチになっているではありませんか!

この感覚が すべてです。

移動した水の体積は 1センチ系で 計算し、

水面の差は 2センチ系で 計算するのが 味噌です。

         5.4.水面の差から 圧力定式。そして つりあい式定式へ。

水と水銀の比重の 差による 圧力定式。

13.6×(h ぽつん)=1×(えええええええええええいち!!!!BIG!)

この感覚を持ってください。水銀の高さは せいぜい 70センチくらいですけど、水の高さは その 10倍の 10メートルくらいになります。

水面の差が H だった場合、 ぽつーんとした h に 変換することで、atm 気圧として 定式が可能になります。

パスカル表示にするには 最後に 変換すれば いいでしょ。

 

 

「6.コロイド溶液」TOP

         6.1.Colloid の大きさ。

こんなに でかい おセンチな しずちゃん。

5    7                 センチ

人間の体は コロイドで できています。

         6.2.コロイドの種類。

疎水コロイドは 食べられない。親水コロイドは 食べられる。

疎水コロイドに 親水コロイドを 混ぜると、疎水を親水が ガードして、保護コロイドになる。

正コロイドは 粒子のまわりに 鉄イオンとかアルミニウムイオン が くっついている。それ以外は 負コロイドと 覚える。どっちが 正か負かは わかりません。調べてみてはじめてわかる。

         6.3.コロイドの三態。

着せろゲルは かぴかぴ 乾燥。たとえば シリカゲル。

ゾルは Solution だから とろーん としてる。

ゲルは プリンとか ババロアとか 人間とか。ゲルマン人は ゲルなんです。ショックかもしれませんが、人間は ゲルです。ちなみに、ミイラは キセロゲルです。ミイラが 「着せろ!」と 言っているのを イメージできたら もう 覚えられますよね。

         6.4.コロイドの性質。

A チンダル現象

雪が降っているとき 街頭は ぼわ と 明るい。

B. ブラウン運動

ブラウンといえば 髭剃り シェーバーの会社です。リニア式で ひげをそります。生体内のたんぱく質は ブラウン運動で 移動しています。

C. 電気泳動。

DNA鑑定なんかは DNAが コロイドだから 可能なんです。

E. 透析

血液中の 老廃物も 赤血球も コロイドです。

F. 凝析出

ぎょっと するくらいかんたんに 析出します。

G.塩析出

塩を 大量に 牛乳に入れると 析出します。

 

 

3.物質の変化

3.1.化学反応と熱

「1.反応熱」TOP

         1.1.げろっきゅー式。

A。熱化学方程式の数字っぽさを理解する。

熱化学方程式は 数字です。ですから、化学反応式とは まったく性質が違います。

たとえば C+酸素→CO という化学反応式 に 対して、

C+(1/2)酸素=CO+300 というのは 数字、つまり、もっと 数学的に 書くと

c+(1/2)s= i + 300

みたいになります。これが 熱化学方程式の正体です。COというのは 一酸化炭素ではなく、一酸化炭素のポテンシャルエネルギーを文字で 置換した数学記号なんです。

じゃあ、そのポテンシャルエネルギーの原点、つまりゼロは どこかっていうと 「どこでもいい」が 答えです。どこでもいいだけに とっても あいまいに表記されるので、わかりにくいしとっつきにくいと感じるのです。

B. げろっきゅーという感覚を 式に与える。

普通、反応熱は 右辺に書くことになっていますが、これは はっきりいって おかしいやり方です。これを 考えた人は 頭が悪い。

じゃあ ちゃーんと 感覚のある人が 熱化学方程式を 書くとどうなるか 示します。

(はじめのポテンシャルエネルギー)

                                                +(エネルギーの吸収)

                                                -(エネルギーの放出)

                                                                               =(後のポ・エネルギー)

*ポ・エネルギーは ポテンシャルエネルギーのことです。

さあ、二元性が 成立していることに うすうす 気づいていますか?

「はじめ→ (変換反応)→ 後」これを わたしは 「は反後」と 呼んでいます。

とにかく 理系にとって 基礎中の基礎となる超超超大切な 概念です。微分方程式も エネルギー保存則も 化学平衡も この考え方がないと 理解できません。

さて、上の例を げろっきゅー式に 書き換えましょう。

「げろっきゅーの発熱反応式」

C+(1/2)酸素                                  -300                 =   CO

↑はじめのポ・エネルギー            ↑ 放出したエネルギー        ↑後のポ・エネルギー

さて、さて、ポ・エネルギーを 「体重」に 例えましょう。

はじめ c+(1/2)s kJ の体重だったニャッキが

反応して   300kJ の エクササイズを した。

後         i kJ に やせた。

(このエクササイズのところを  「吐き出す」Puke として 考えても良いです。)

これが 発熱反応!!!!!!

まったく どうように 「げろっきゅーの吸熱反応式」

今度は 逆方向から 反応させます。

CO                                                     +300                 = C+(1/2)酸素

↑はじめのポ・エネルギー            ↑ 吸収したエネルギー        ↑後のポ・エネルギー

はじめ   i kJ の体重だったニャッキが

反応して   300kJ の 給食を食べた。

後       c+(1/2)s kJ に  太った。

これが 吸熱反応!!!!!!

吸熱とは 給食だったんですねー。

以上の 例からみて お分かりだと思いますが、上の形にしてはじめて、人間らしい式になるんです。だから、熱化学方程式の反応熱を 右辺に書くやり方は  くるってるんです。

強調するために もう一度、「狂ってるんです!

         1.2.熱化学方程式を 「日本語から 作る。」

「S の  V熱    は    plusQkJである」=「plusQ ということは 発熱反応」

「S の  V熱    は    minusQkJである」=「minusQ ということは 吸熱反応」

「S」 が 主人公です。主人公は ひとりでなくては なりません。係数を 1mol にするのが 掟です。

「V熱」 これは 変換熱です。化学反応、つまり A→Bへの変換するときの反応名が 「V」に くっつきます。

ちなみに 「V熱」も 「Vエネルギー」も 同じ意味です。

たとえば

主人公が 炭素 、 V熱が   燃焼熱だったとします。反応熱は plus300kJ

つまり日本語にすると「炭素の 燃焼熱は plus400kJである」

これを げろっきゅーにすると、「C+酸素  -400=二酸化炭素」

こんな風に

「V熱」ごとに メタファーが 決まっていて、つまり ルールが 決まっていて、

「燃焼熱なら 主人公を 酸素で 完全燃焼させて  二酸化炭素ガスと 水液体にする」

「生成熱なら 主人公を  単体からつくる(ただし 標準状態で)」

「中和熱なら 水が 主人公で H と OH から作る」

「溶解熱なら 主人公が    大量の水と くっつく」

「結合エネルギーなら 主人公(気体)を  気体の原子から つくる」

「第一イオン化エネルギーなら 主人公(原子の気体)を  正イオン(ガス)にする」

「格子エネルギーなら 主人公(イオン結晶)を  プラズマ状態(イオン化したガス)にする」 

のように

どの状態から どの状態にするかが 決められているのです。だから

「Sの V熱 は QkJ」と 書いただけで、熱化学方程式を ひとつだけ 書くことができる。

 

 

 

 

「2.ヘスの法則と結合エネルギー」TOP

         2.1.ヘスの法則。

反応物質とその状態 →→→→→→→→→→ 生成物質とその状態

山の麓                   →→→→→→→→→→  山の頂上

どうやって 登ろうが、麓から 頂上までの 高低さは 変化しない。ってこと。

         2.2.ヘスの法則を 利用して、minus慰謝料plus結婚式

おならをする 茄子 の 法則のおかげで 熱化学方程式どうしを 連立して連立方程式を とくように 未知の 反応の反応熱を 求めることができる。

欲しいのは 変数QkJ

A+B=C+Q という方程式の Qが欲しい。

じゃあ これを含めて合計、いくつ 式が必要ですか?

こたえは 全部で 4つの式が必要。だって ABCQの 4元なんだから 4元4式でしょ。

 

と ふつうは、ここで 連立方程式を 解くんですが、そんなことをしている暇はないので、

Q=-(分かれるときの 慰謝料)+(再婚するときの ご祝儀)

これで 計算が求まります。よかったですね。

くわしい 絵は www.ndthikar.com/kagaku.html の 亀田和久の参考書の参考書を 見てね。

生成熱と 結合エネルギーは 同じ定式なんですが、

燃焼熱では ぷらすまいなすが 逆転しますので 注意。

まあ、熱化学は 迷ったら げろっきゅー式を たてて考え直してください。

 

 

 

3.2.化学反応の速さと化学平衡

「1.化学反応の速さ」TOP

 

         1.1.反応の速さ定式。

反応の速さは 気体か 液体どうしの反応で 定量する。固体どうしや 液体と気体とかは 考えない。

反応の速さは 「mol 濃度速度」によって 定量する。

C’=dC/dt です。(t、C)グラフを 書いてください。

ただ、全体の体積の値は ふつー 一定なので、実質的に mol 数の変化を 追っていることになります。

         1.2.化学反応の イメージ。

反応物質は たがいにぶつかり合うと、「活性錯体」という 反応物質と生成物質が ぐちょぐちょになった 物質になります。それが たがいに 離れると、別の もっと 安定した 物質である 生成物質になる。

たがいにぶつかりあったとき、たがいの運動エネルギーが、ポテンシャルエネルギーに 変化して、活性化状態になる。

このポテンシャルエネルギーの高さを 正反応の活性化エネルギーと呼ぶ。

この活性した錯体が 分離して 新しい物質ができると、互いに反発して べつべつの方向へ 飛んでいく。このときの 消費された ポテンシャルエネルギーを 逆反応の活性化エネルギーと呼ぶ。

そういうわけで、

「反応物質が多ければ多いほど、反応は 起こりやすい」し

「反応物質の運動エネルギーが 大きいほど 反応が 起こりやすい」

これを 定式すると、

v=k × C

つまり、速さは 濃度に比例し、kに比例する。

kは 反応速度定数 で   温度にのみ依存する。

このように Cとkにのみ 依存する反応を「素反応」「一次反応」「Linear reaction」と呼ぶ。

k を 定式すると、

k=μ×exp(-E/RT)

となる。これを アレニウスの定式と呼ぶ。

μ も E も R も 定数。Eは 正反応の活性化エネルギー。Rは 状態方程式と同じ気体定数。R=8.31

上の式からもわかるとおり、温度が 上がると 指数関数の 伸びで 反応速度は 速くなる。

         1.3.触媒は 活性化エネルギーを コントロールする。

エベレストを 富士山にしたり、筑波山にしたりするのが、触媒。

自分自身は (結果として)変化せず、自分に 触ってきたやつを 変化させる。酵素というのは 実は 有機触媒で 生体内の 反応を おきやすくしている。

ただ、注意が必要なのは、アレニウスの式より、速度を あげることに 一役買うけど、生成物が 多く手に入るというわけではない。というのも、もとに戻る数も 増えてしまうから。

         1.4.反応速度定数k を いろんな方法で 求める。

k を 求める方法は 4通り。

1.4.1 v=kC の式から 導出。

1.4.2 アレニウスの式から アレニウスプロットして 導出。

1.4.3 酢酸エチルというエステルの加水分解反応は 不可逆、一次反応であることを 利用して、中和滴定から Cの速度を出して、v=kC の式から 導出。

1.4.4.C=C0×exp(-at)の (t,C)グラフから、微分して 速度を 求める。

1.4.1.と1.4.3.の違いは、3が vの値と Cの値を 酢酸の濃度から 逆算して求めて、kの平均値を 求めるところにある。

とにかく 計算量が 膨大で 面倒くさい。

一方、1 は 与えられた値を 代入するだけなので あんまり 入試問題には 出ない。

 

 

「2.可逆反応と化学平衡」TOP

         2.1.可逆反応 と不可逆反応

可逆は 両方の方向に めまぐるしく反応して、平衡になること。水が 気体になったり、液体になったりするのは まさに可逆反応。

不可逆は 元に戻らないイメージ。

         2.2.平衡というのは 正方向の反応速度と 逆方向の反応速度が 一致すること。

見た目、反応物質と生成物の 濃度に変化がなくなる。

         2.3.気体の平衡の定式。

とりあえず、つぎの6式を 定式してください。絵を 張ります。(以下、図を参照)

2.3.1.「はじめ 反応量  反応後 分圧 式」

2.3.2.「Kc定式」平衡定数定式。

Kp と 区別して Kc と 書きます。

平衡とは 正反応の速度と逆反応の速度が 一致したときです。

つまり V=v。V=KC  、v=kc  これを V=vの式に代入。

KC=kc  この kを まとめて Kc=c/Cとした。

左辺の式が 分母にくるのは 誰かさんが そうと決めたので、仕方ありません。

 

         3.「Kp」圧平衡定数定式。

Kcの 濃度Cを 状態方程式から 圧力p で 表現しなおしたのが Kpです。

         4.「質量保存式」  平均分子量を定量するときに使う。

         5.「Kc から Kpを 定式」

         6.「解離度αを定式」

ま、要するに 単なる計算問題ってことです。面倒なだけ。

         

 

「3.化学平衡の移動」TOP

         3.1.Kcは 温度にのみ 依存する。

kは アレニウスの式からもわかる通り、kにのみ依存します。というわけでKcも 温度のみに依存。

         3.2.平衡状態になっている反応物と 生成物のご両人に いろいろ影響を与えて、動かして遊ぶ。ルシャトリエの法則。

平衡というのは ディズニーランドの例からも わかるとおり、変化を吸収するようにできています。Bufferです。

つまり Le Chatelier の法則とは 「変化を吸収する方向に動く」法則といえます。

A.濃度の変化の吸収の仕方。

              右辺の 濃度

Kc=ーーーーーーーーーーーーーーー

           左辺の濃度

ですから、T一定では Kc 一定なので、

片方の濃度が 大きくなったら、もう片方が 大きくなろうする。

B.圧力の吸収の仕方。

圧力が ぎゅっと 強くなると、気体ブラザーズは 数を減らして、全圧が 大きくならないようにする。

C。温度の吸収の仕方。

左辺  +(食べる吸熱  )=右辺

左辺   -(吐く発熱     )=右辺

でしたね。

両辺ブラザーズ に   クッパが 火を吹きかけてきたら、どっちに うごくか?

上の食べる式なら 右に動きます。右に動くと 熱を そとに 吐くことになります。

下の 吐く式なら    左に動きます。左に動くと、吐くので 熱を外に出すんです。

「4.いろいろな化学平衡」TOP

         4.1.溶解度積。Solubility Product だから Ksp

けっこー 水に溶ける電解質は 溶解度  α「g/100g水」を 使うんでした。

一方

あんまり 溶けない 電解質は  溶解度積 Ksp「mol濃度の積」を 使います。

同じ感覚で扱ってください。

最大の違いは 「電解した AとBのイオンを 別々に 扱えること」

というわけで 別々に 扱えるだけに、?MCとは 違った テーブルを 用意する必要がある。

それは イオンテーブルです。

たとえば AgCl

                   AgCl  ? Agイオン +Clイオン

はじめ           c             0              0

反応量         -a           +a              +a

反応後         c-a            a               a  mol

とかね。 上のテーブルは すべて molでやってください。最後に 全体積で割って、mol濃度にする。

         4.2.沈殿するか しないかは ボッシュート式。

溶解度積よりも 濃度が 高くなれば、沈殿。

沈殿した 固体があるなら、その濃度の積は わかりますが、どちらの濃度が どれくらいの比で 存在しているかは わかりません。

そこが  べつべつに 扱えるところの 味噌。溶解度が 化学Ⅰ で 溶解度積が 化学Ⅱにある理由。

硫化物イオン問題が 一番 メジャーです。

それは pHを コントロールするだけで 硫化物イオンの濃度を 調整することができるから。

そうすると、分別沈殿を させることができるというわけ。

くわしくは また 今度。

 

3.3.酸と塩基の反応

「1.酸と塩基」TOP

         

         1.1.酸、アルカリの定義。

                                     酸                                  アルカリ

アレニウスの定義         水素イオンを 出す       vs水酸化物イオンを 出す

ブレンステッドの定義     プロトン        出す       vs プロトン          を もらう

ルイス          の定義      非共有電子対をもらう vs 非共有電子対  を出す

      

**プロトンというのは Proton つまり 陽子です。水素イオンは 陽子と同じです。つまり 裸の原子核ってこと。

これは 酸なのか アルカリなのか 迷ったときは、上の 定義から 都合の良いものを 選べばいい。

大学受験の80%は アレニウスの定義で 足ります。それは ほとんどの酸塩基反応は 水の中で起こる中和反応しか 扱わないからです。

例外的に ブレンステッドの定義、あるいは ルイスの定義を 使わざるを得ないのは 全部で3種類。

B。追い出し反応。たとえば 炭酸水素ナトリウムと 酢酸。(水なし で 反応します)

C.空気中での沈殿形成反応 たとえば 塩酸とアンモニアの中和反応。

D.錯体形成反応   たとえば 銀イオンと シアン化物イオン

さて、C について 具体的に見てみましょう。

水素イオンと水酸化イオンが でてくるのは 水の中だけですから、アレニウスでは この反応を 説明できない。

そこで 中和反応の定義を 拡大して、ブレンステッドあるいは ルイスの定義で この反応を捕らえると、

塩酸が アンモニアに プロトンを あげて、塩を形成する。(ブレンステッドの視点)

あるいは、

塩酸が アンモニアから 非共有電子対をもらって、塩を形成する。(ルイスの視点)

と  解釈できる。

注。

たしかに 水素イオンは オキソニウムイオン、つまり 水と水素イオンが 配位結合した 錯体になって存在しているんですけど、たいした違いではありません。いちいちH3Oと書くのが面倒なので H とだけ 書くんです。HとH3Oが 一対一に対応しているから、すべてのHは H3Oに なっているわけですから、Hを 使っても何の問題もないんです。

注意**

アルカリvs塩基。

アルカリも塩基も 同じ意味で わたしは 使っています。ただし、厳密に言うと、Alkali というのは アルカリ金属とアルカリ土類金属の水酸化物のことを アルカリと呼ぶのだそうです。そういうわけで、アンモニアは アルカリではなく、塩基というわけです。でも どーでもいいですよね。そんな違い。だいたい 塩基って Baseの変訳ですから、やっぱり わかりにくい。「えんき」よりも アルカリ のほうが 言葉としての魅力があるので わたしは 酸と逆 という意味で、「アルカリ」という言葉を 塩基という言葉の代わりとして 使います。

今度、アメリカの教科書は どうなっているのか 調べておきますね。

         1.2.化学反応は 結局 大きく分類すると 酸化数が変化する「酸化還元反応」と 酸化数が 変化しない 「酸塩基反応」しかない。

じゃあ、酸塩基反応の中には いくつの種類があるかっていうと

A. 中和反応         つまり 水ができる        アレニウス型

B.追い出し反応     つまり 水が出てこない ブレンステッド型

C.沈殿形成反応    つまり 水がでてこない  ルイス型

D.錯体形成反応    つまり  水がでてこない  ルイス型

         

 

「2.酸と塩基の強さ」TOP

         2.1。酸と アルカリ キャラクターズ。

娘さん。そして アルカリ 男。これで レッテル展開しましょう。ぐぐっと 酸とアルカリに親しみを感じるようになるはずです。

とりあえず 強い 男女、まあまあ 強い男女、弱い男女、最弱の男女、男にも女にもなれる両性 なんかを データベースしていきましょう。

男女の強さは 右に行くほど強いと 思ってください。

                      弱い<<<<<<<<<<<<<<<<<強い

 

1価の男女     monoprotic acid and monoacidic base

女シリーズ。

N系                 亜硝酸<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<硝酸

ハロゲン系      HF<<<<<<<<<<<<<<<<<<<HCl <HBr  <HI

ClO 系                  HClO<HClO2<<<<<<<<<<<<HClO3<HClO4

CN系            HCN (シアノ酸、シアン化水素酸、青酸★)<<HSCN(チオシアン酸)

 

有機系          フェノール基<<<炭酸<<<カルボキシル基<<<スルホン基

 

男シリーズ。

アルカリ金属系    <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<NaOH など

**アルカリ金属は 全員  強アルカリ

アンモニア系        アンモニア(水酸化アンモニウム)<<<<<<<<

有機系               アニリン、アミノ基<<<<<<<<<<<<<<<

テストにでない系                  <<<<<<<<<<<<<<<過酸化マンガン酸

                                                                                            HMnO4

錯体系                   H[Al (OH)4]<<<<<<<<<<<<<<<<

錯体は 実は、酸なんですねー。

 

2価の男女  diprotic acid and diacidic base

女シリーズ。

S系              硫化水素、チオ硫酸<<<<<<亜硫酸<<<<<<<<<<硫酸

CO系                      <<< 炭酸<<<シュウ酸<<<<<<<ピクリン酸

Si 系              ケイ酸<<<<<<<<<<<<<<<<<<<

テストにでない系              <<<<<<<<<<<<<<<2クロム酸

                                                                                     H2Cr2O7

男シリーズ。

アルカリ土類系          <<<<<<<<<<<<<<<<<水酸化カルシウムなど

**アルカリ土類は みんな 強アルカリ。

2族系                    水酸化Be、水酸化Mg<<<<<<<<<<<

**非アルカリ土類は みんな 弱アルカリ男。

その他金属系        Zn(OH)2<<<<<<<<<<<<<       

                            Pb(OH)2<<<<<<<<<<<<

典型金属でも、遷移金属でも、とにかく 弱い。

 

3価の男女 triprotic acid and triacidic base

 

女シリーズ。

リン酸シリーズ。   <<<<<<<<<<<リン酸<<<<<<<<<<<

 

男シリーズ。

フェクラール系         水酸化鉄(Ⅲ)<<<<<<<<<<<<<<<<

Fe Cr Al は フェクラール トリオと 覚える。なにかと セットで 扱われるみっつの男たち。

 

 

         2.2.純粋な溶質の電離。

娘さんの 電離。 イオンの価数は 補ってね。どんどん Hが はずれていくイメージ。

H3X ? H+H2X

H2X ? H +HX

HX   ? H+   X

男アルカリの 電離。 イオンの価数は 補ってね。どんどん OHが はずれていくイメージ。

Y(OH)3?OH+Y(OH)2

Y(OH)2?OH+Y(OH)

Y(OH)  ?OH+Y

         

         2.3.酸化物である溶質の電離

娘さん酸化物の電離。酸化物が水に溶けることで オキソ酸になるイメージ。オキソ酸になったら、2.2.に 溶質の電離と同様に Hが 外れていく

XO3+H2O ?H2XO4

H2XO4? H+HXO4

HXO4 ? H +XO4

男アルカリ酸化物の電離。酸化物が水に溶けて 水酸化物になるイメージ。水酸化物になったら、2.2.に 溶質の電離と同様に OHが 外れていく

YO+H2O?Y(OH)2

Y(OH)2?OH+Y(OH)

Y(OH)  ?OH+Y

両性酸化物の電離。酸性の水に 溶けるか アルカリ性の水にとけるかで  酸になるか アルカリになるか 決まるイメージ。

Zn Al Sn Pb  Ga Ge の酸化物が こういうことになります。

たとえば ZnO

娘さん性 の水に溶けると、、、、、

ZnO+3H2O? H2[Zn(OH)4]   (これは 酸です)

つまり 電離させると、

H2[Zn(OH)4] ? H +H[Zn(OH)4]

H[Zn(OH)4]   ? H+   [Zn(OH)4]

 

アルカリ性の水に溶けると、、、、

ZnO+  H2O?   Zn(OH)2        (もちろん こっちは アルカリです)

Y(OH)2?OH+Y(OH)

Y(OH)  ?OH+Y

       

         2.4.酸化還元が伴う気体が溶質の電離。

塩素 +水 ? 塩酸+次亜塩素酸

フッ素+水?フッ素酸+酸素

水素化ナトリウム+水?水酸化ナトリウム+水素

↑は あんまり 試験には出ません。ですが、うえのふたつは 頻出です。

         2.5.女の酸としての強さを 定量する。

酸を 例に 強さを定量しましょう。(アルカリも まったく同じ考え方でやるので)

2.3や 2.4.で 溶質が 水と溶けて電離し、 水素イオン と Xイオン になる というのを やりました。

ここでは 1価の酸   HX を 考えましょう。Xは ハロゲンだけじゃなくて、いろんな 酸の中心物質を 置換しています。

この Xの部分が いかに Hを 放出しやすいか で 酸の強さが 決まります。

では どういうXだと Hを 放出しやすいか というと 「水素基が持っている電子を奪っている中心物質ほど 放出しやすい」という性質があります。

   H→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→X

   ↑                                                                        ↑

   電子が奪われて、ヘロヘロ状態。                     電子を奪って、おなかいっぱい。

このとき、Hは  X から ぽろっと 取れて、 水素イオン(Ⅰ)に なりやすいんです。

そりゃそうですよね。電子が 奪われて ほとんど  裸の原子核状態になっているんですから。

さて、電気陰性度を 思い出してください。強酸といわれているXは みんな 電子を奪う力が つよいことに 気がつくはずです。

とくに、オキソ酸 とよばれる CやS、Nに 酸素がくっついた酸は さらに 電子を奪う力が ドーピングされます。ひとりで 電子を奪うのではなく、横綱クラスの借金取りが 協力して スクラムを組んで H- の電子を 奪いに行くんです。そりゃ、 カンタンに H- は とれて、水素イオンになりますよね。

    

じゃあ、どれだけ 水素イオンを 放出するかは どうやって 定式するか?

はじめ 反応量  反応後 の 式を 使ってください。

                    HX→          H           +                X

はじめ          n mol            0mol                      0mol

反応量         -αn           +αn                     +αn

反応後        (1-α)n           αn                     αn

mol数で 考えればいい。

n molの HXが αn mol の Hを 出す。

この Hが 電離する割合が α。つまり 電離度です。これが 1に近ければ近いほど、強い酸である。

αが

95%以上で 強酸。

5%以下は 弱酸です。

         2.6.pHを 定量する。

じゃあ、その酸の溶質によって、どれだけ その溶媒が 酸性になっているか 調べましょう。

溶媒が V ? 。Hのmol数が αn molとすると

水素イオンのmol 濃度は αn mol / V ?  です。

ここで  数学の記号 「p 」について 定義しましょう。

p=-log です。底は 10 です。

[H]=   αn mol / V ?    この両辺に 「p る」つまり 「-logる」「-logを くっつける」

「Y=-log X グラフのなかに 代入する」のです。

すると

pH =p (αn mol / V ?)

     =pαn        -p V

となるわけ。

   

         2.7.水のイオン積。

水 ?水素イオン+水酸化物イオンは 平衡反応です。

平衡定数K とすると

K=[水素イオン][水酸化物イオン]/[水]

水の mol濃度は イオンの濃度に比べれば、もんのすごく大きいので、近似的に どのpHでも いつでも 一定であるとしても 計算が合う。

だから 分母をはらって

Kw =K・[水]=[水素イオン][水酸化物イオン]

というわけで Kは 温度にのみ 依存するし、[水]は ほとんど 一定だから、Kw は 常に一定というわけ。

これを さきほど 手に入れた 新しい 視点である 「p る」をすると

pKw =p[水素イオン]+p[水酸化物イオン]=14

                  1          +13

                   7         +7

                    12      +2

                   -1      +15

 

 

「3.中和」TOP

         3.1.中和反応とは?

酸と塩基の反応には 4つの形があるんでしたね。そのうちのひとつが 中和反応です。おさらいすると、

1.中和反応。酸とアルカリにより出された、HイオンとOHイオンで 水ができる。

2. 追い出し反応。

3.沈殿形成反応。

4.錯体形成反応。

   

          3.2.過不足のない 中和。

ここで ちゃんと対象化してください。「中途半端な中和」vs「過不足のない中和」

過不足のない中和とは

注目している酸(あるいはアルカリ)物質が 1価の酸としての性質を果たして、すべての水素イオンを 放出し終えること です。

だから、2価の酸は 第一過不足のない中和 と 第二過不足のない中和が あります。

注意が必要なのは、この過不足のない中和は pHとは 何の関係もありません。

Hを 出し切ったときが中和なんです。pHは 7でも 10でも 4でもいい。

    

         3.3.過不足のない中和の定式。

ZCV式です。

これを 定式するまえに 棒グラフを 立てるようになりましょう。

たとえば   炭酸を NaOH で 中和する について。第一中和と 第二中和があるので 式がふたつ 作れます。

H2CO3?H + HCO3     ・・・・・・・・・・*

HCO3  ?H +    CO3    ・・・・・・・・・・**

これに対して

NaOH →Na+OH

H2CO3の 一価の酸としての段階が*。HCO3の一価の酸としての段階が**です。

H2CO3      ----------                       ←H2CO3が 出したH のmol数

HCO3                        ----------       ←HCO3が 出したH のmol数

NaOH        --------------------       ←NaOH が 出したOH のmol数

      

さて Hのmol数と OHのmol数が イメージできたところで  「mol 数の つりあい式」を たてましょう。

(炭酸のだした Hのmol数)=(水酸化ナトリウムが 出したOHのmol数)

これが すべてです。酸 塩基の 80%は この式で 解くことができます。

大切なのは、2価の場合 しっかり 棒を ふたつにわけて グラフするということです。

棒は たてでも 横でも 好きな方向に 立ててください。

「4.塩の種類と加水分解」TOP

         4.1.塩の形成。

中和したとき、塩が 強電解質の場合、溶質として、水に溶けたままになり、      

                          弱電解質、あるいは 不溶性の塩の場合、析出、沈殿する。

たとえば、HCl と NaOH の塩 NaCl は その名の通り、よく水にとけるので、あんまり 沈殿しない。

一方、、、硫酸と 水酸化バリウムの塩 BaSO4は 溶解度が低いので すぐに沈殿する。

         4.2.塩の名前vs 塩を水に溶かしたときの pH

塩には 「正塩あるいは 中性塩」「酸性塩」「塩基性塩」「複塩」「錯塩」があり、それぞれ どういうものかっていうと、、、、、

「正塩」は 塩の中に、HもOHも入ってない塩

「酸性塩」は            Hが 入っている塩

「塩基性塩」は               OH が 入っている塩

「複塩」 は     3つか 4つの男女によって ひとつの塩をつくる塩。

「錯塩」は  両性元素の錯体が 酸性として働いたときの塩。

      

「正塩あるいは 中性塩」「酸性塩」「塩基性塩」の

一番の特徴は 「名前の割りに pH とは なんの関係性もないこと」

はっきりいって この名前をつけたひとは そうとう あほの坂田だったとしか いいようがない。こういうのは 文系でやってほしい。

塩のpHの定量については 6.中和滴定曲線を 見てください。

でも、カンタンに 塩のだいたいのpHを 予測するこができます。

予測方法は 3つ。

A.  男女カップルのうち、強い性のほうが 勝つ

B.  男女ともに 弱い、強い場合は 中性で ひきわける可能性が高い。(ほんとうに どっちが勝つかは やってみないと わからない。完全に pHが 7になるか どうか なんて わかりません。どうしてわからないかは 「塩のpH定量方法」参照)

ただし、同じつよさの男女でも 武器を持っている場合は 違います。

C. 2価の男が OHをもっていたら、OHを武器に 女と戦う。

    2価の女が    Hをもっていたら、 Hを武器に 男と戦う。 よって、同じ強さの男女が戦ったら、武器を持っているほうが 勝つ。

たとえば、NaHSO4の 酸性塩 は 硫酸がHという武器をもって Na と 戦うので、かならず 女が勝ちます。

また いくら 弱アルカリの男が 武器をもって 戦っても、強酸の女には 勝てません。

「5.中和滴定」TOP

         5.1. 過不足のない中和を 滴定することにより 未知の濃度を定量する。

中和の定式を 利用することで、未知の溶液の mol濃度を 定量する。

         5.2.滴定に 使う道具。

A。精密測定系。

         AA。電子天秤。

やくさじ とかを つかって、正確に はかり取ります。

         AB。標線系

なぜ 標線が 書かれているガラス器具は 細くくびれているかというと 誤差を少なくするためです。水面の面積が 大きいほど、目で メニスカスを 考慮に入れつつ、水を入れるわけですから、あいまいになってしまう。だから 水面の面積を 小さくする必要がある。

ビュレット。これで たらします。たらした量も 正確に 測れます。一人二役。

ホールピペット。スポイトの 正確バージョン。吸って 水を 汲む。

メスフラスコ。ホールピペットの巨大バージョン。口から 水を そそぐ。「混ぜる」 +「測る」が できる 。一人二役。

B。適当系。

コニカルビーカー。あるいは 三角フラスコ。別に どっちを 使っても良いです。口が広いのであれば、どの器でもいい。ご家庭の マグカップだっていいです。

シュウ酸を混ぜたり、水酸化ナトリウムを 混ぜるのに使います。

また、

ビュレットの 受け皿として も 使います。

         

         5.3.滴定の流れ。たとえば 食酢の mol濃度を 定量する。

A。シュウ酸をつかって、標準溶液を作る。

シュウ酸2水和物は 超 正確な固体です。空気中で安定に存在できるので、正確な質量を 電子天秤で はかって、正確な 水の体積を メスフラスコで 測れば、正確な  mol濃度のシュウ酸が できあがります。

シュウ酸のmol濃度が 基準になって、すべての 酸、アルカリの mol濃度を 測ります。

B。酸で 酸の 濃度は 中和式できないので、アルカリ性の 標準溶液を作る。NaOHに 標準溶液になってもらう。

シュウ酸 と NaOH 溶液 で 中和滴定をする。NaOH が どんな 濃度か は どうでもいい。正確な NaOHの 体積を ホールピペットで 測りとり、ビュレット 正確に 滴定すれば、NaOHの 正確な濃度が わかるからだ。

C. NaOHの正確な濃度が わかったところで、食酢を 中和滴定。

ただし このとき 食酢は 10倍に 薄める工夫をする。こうすることで、いいことある?

         C1。酢酸以外が NaOHと反応する影響を 小さくする。

         C2. 食酢の 色が 薄くなることで、中和したときの 指示薬の色が 鮮明になる。

というわけで、正確に ホールピペットで 食酢を 測り、メスフラスコへ 入れる。そして 純粋をいれて 10倍に薄める。10ml なら 100ml へ 薄める。

この薄めた食酢を 適当なビーカーにいれ

アルカリの標準溶液にしてやった NaOHを ビュレットに入れて、中和するまで 滴定。

「6.中和滴定曲線」TOP

         6.1.pH指示薬

フェノールフタレイン。Phenol Phthalain 。P.P.  通称 ピーピー。

「父ちゃん はみです ピンクのパンツ」

10           8.3

メチルオレンジ。Methyl Orange。M.O.  エムオー。

「赤ちゃん  三歳           よちよち   ある         き」

赤            酸 3.1.      4.4      アルカリ    黄色

「PPとMOの 赤は重ならない」と 覚えれば、PPの変色も 覚えられる。

ちなみに、炭酸の滴定では、ちょうど 第一中和点が MO 第二中和店が PPを 利用できる。

      

         6.2.酢酸の 中和滴定曲線の それぞれの代表的な点のpHを 定量する。

A.なにも 入れてない、弱酸としての 酢酸。

これは 弱酸のpH定式

B。緩衝溶液になったとき。

Buffer のpH定式。

C。緩衝溶液にちょこっと 酸あるいは アルカリを入れたとき。

Buffer のずれ pH定式

D.強アルカリと弱酸の塩。(中和したとき。)

強アルカリと弱酸の塩のpH定式

.この 4つの定式が スムーーーーーーースに かけるようになるまで なんども 写経しましょう。100mass計算と 漢字の読み書きが 基礎学力を 養う上で 大切な要素ですから。

www.ndthikaru.com/kagaku.html の  絵で どうぞ。

   

         6.3.(pH 、存在率)  グラフ。

グラフは 多ければ多いほど、その現象の 理解をするのに 役に立ちます。

たとえば 炭酸の存在率。

pHが 変化するにしたがって、炭酸が溶けた水溶液のなかでは 

「炭酸分子」→「炭酸水素イオン」→「炭酸イオン」

が どのような 存在率になるかを グラフします。

わたしにとって、このグラフが 酸、塩基を 理解するのに 核となった グラフでした。

これが 頭のかなで 描ければ、もう すべての酸、塩基の問題を 解くことができます。

え?早く見せろ?

そのうちに 書きます。

3.4.酸化還元反応

「1.酸化と還元」TOP

         1.1.酸化数が 変化する反応。じゃあ 酸化数とは?酸化数を定量する

通常よりも 分子中の、あるいは 単体の、あるいは イオンの、それぞれの原子が どれくらい 電子(お金)を 持っているかを 示した数字。

電気陰性度 とは その原子が 電子を どれくらい欲しがるのか、その欲しがる強さを 定量するしたものであったのでした。

その他<H<CSI<Br<NCl<O<F

最強が F こと ヒグマ・レベル40。次が O こと 横綱・レベル35。次が NCl こと アフリカの戦士・レベル30。次が Br ことくさいくさいマン・レベル28。次が CSI こと 科学調査刑事・レベル25。次が H こと 兄さん レベル21。

たとえば H- O-H。

これを お金の方向で イメージすると、H→O←H  です。

兄さんvs 横綱。そりゃ 横綱が 圧勝します。両方のHから お金を とって

お兄さん +1 。横綱 -2.

お金は  電子なので 単位は -1 です。つまり お金をもらうほど、お金持ちになるほど、負になります。

正であるほど、お金を 取られて 貧困になっていると思ってください。

そして、貧困になるほど、凶暴になるということも 覚えておいてください。

たとえば H-O-O-H。

H→   O ー  O   ←H

+1 -1   -1  +1

横綱どうしで 戦っても 引き分けなので、電子は奪えません。

だから 単体は 0なのです。

たとえば O-O     たとえば H  -  H

            0    0                 0     0

たとえば MnO2 から MnCl2の反応。

O=Mn=O           ClーMnーCl

電子式で 表現すればわかりますが、Mn と O は 二重結合しています。だから、お金は -2円も 奪うことができます。

一方、Mn と Cl は 一重結合なので -1円しか 奪えません。

O←←Mn→→O              Cl←  Mn →Cl

-2    +4   -2          -1   +2  -1

つまり +4から +2 へ Mnの酸化数が 下がっています。

そんなわけで 一般に 酸素原子は 二重結合するか、配位結合するので、電子を奪うときは -2円 も 奪います。

これは ほかの電子を奪う借金取りとは 違います。

         1.2.酸化数の 棒グラフ。

酸化数を 連続的に捕らえて、酸化還元を 動的に 捕らえましょう。

たとえば 中心原子 N の 酸化数 棒グラフ。

金持ち(還元剤)→→→→→→→→→→→→→→→→→→→貧乏(凶暴な酸化剤)

NH3(-3)→→→窒素(0)→→NO(+2)→HNO2(+3)→NO2(+4)→HNO3(+5)

アンモニウムイオン(-3)

酸化反応を 定式するときも、無機で N 関係の反応式をかくときも 常に、この棒グラフを 描いてください。

そうすれば カンタンに 反応を書くことができます。

         

 

 

 

 

「2.酸化剤と還元剤」TOP

         2.1.酸化剤とは?還元剤とは?

酸化剤とは 借金取りです。とにかく お金が欲しい。貧乏なので ものすごい勢いで 借金回収を してきます。

還元剤とは  お金持ちです。お金を 借金取りに とられて、お金がなくなっていきます。

1.2.の棒グラフを 見れば 一目瞭然ですが、

中心原子が お金をもっている左側の状態が お金持ちの還元剤。そして、

                 お金をもってない右側の状態が 貧乏な      酸化剤。

酸化還元反応をすると、還元剤は 貧乏になり、酸化剤は お金持ちになります。

         2.2.酸化剤、還元剤の 反応の描き方。

覚えるのは、棒グラフの どこから どこへ いくか です。

たとえば 中心原子が Mnのとき

金持ち(還元剤)→→→→→→→→→→→→→→→→→→→貧乏(凶暴な酸化剤)

Mn(0)→→MnCl2(+2)

    マンガンイオン (+2)→→酸化マンガン(+4)→→→過酸化マンガンイオン(+7)

あとは みなさんが よく知っている方法で 完成させるだけです。

Oを足りない分だけ 水をたして、

Hを 足りない分だけ  水素イオンを 足して、

両辺の イオンの数を イコールにするため、電子を 足す。

         2.3. 酸化剤、還元剤を 覚える。

入試で必要があるのは 棒グラフです。

中心原子に どのくらい 酸素が くっつくかは 覚える必要があります。

それは 語呂合わせに頼るしかありません。

たいていの棒グラフは  なんとなく 導き出すことができると思いますが、酸化還元の分野でしか 使わないような 分子は 特別に覚える必要がある。

というわけで 覚えるのは たった 3つだけ。これ以外は カンタンに 導き出せる。

MnO4   -

Cr2O7 2-   

S2O3  2-   → 1/2S4O6  2-

わたしが 使っている ごろは 放送禁止用語が はいっているので、新たに 作る必要があります。

HMnO4               「 紫 ガンマン       4人            」    

H2Cr2O7            「  オレンジ 黒田      7人                        」

H2S2O3                 「チオ硫酸というか チオ亜硫酸やん」

1/2H2S4O6         「チオ亜硫酸 合体!」

うーーーーん。やっぱり 自分で 考えてください。

    

         2.4.酸化還元反応式を定式する

還元剤の式    × 定数

酸化剤の式    ×  定数    (+

ーーーーーーーーーーーーーーー

酸化還元のイオン反応式

足りないイオンを 補う。その酸化還元反応が どんな 溶液の中でやっているかによって、補うイオンは 変わってくる。

+Cl                         +Cl

ーーーーーーーーーーーーーーーー

酸還元反応式   完成。

要するに、それぞれの式を 定式して、電子が ちょうど 消えるように 定数倍して 両方の式を 足しあえばいいだけ。そして ちょっと イオンを 調整する。

面倒なんであって、カンタンです。

ちなみに、うすい硫酸酸性溶液の中で 酸化還元反応を やりたがるのは、酸性にすると、酸化剤は 凶暴になるからです。ルシャトリエの法則より、水素イオンが 入ると、正反応が 加速されるんです。

また、うすい硫酸にするのは、硝酸は それ自体 酸化力のある酸なので 使えないからです。塩酸も、還元剤として 使えちゃうので、反応する可能性がある。

硫酸は 濃くて、高温でないと 反応しないので、よく使われるのです。

         2.5.見落とされがちな  水素イオンの 酸化力と 酸素イオンの 還元力。

水素イオンは 立派な 酸化剤です。

金属が 塩酸にとけて ぷくぷくするのは、水素ガスが 酸化剤として 反応しているからなんです。

そして

酸素イオンは 立派な 還元剤です。酸素イオンといっても、その実態は、水であり、水酸化イオンです。でも これは 仮の姿で、本質は 酸化数ー2の酸素イオンと 思ってください。お金持ちなので 還元剤として はたらいて 酸素になって ぷくぷく 出てきます。

酸素イオンは 電気分解で よく出てきます。

 

 

 

 

 

 

「3.酸化還元滴定」TOP

         3.1.酸化還元滴定は  色の指示薬によって 2種類。酸化剤、あるいは 還元剤の 濃度を 定量する。

中和滴定と同様に、酸化剤、あるいは還元剤の 未知の濃度を 定量する。

酸化還元反応が 過不足なく 行われたかどうかは 色によって わかります。

これは 中和反応と 同じです。

酸化還元反応式も、中和反応と まったく同様に、棒グラフを 描いて、Hのmol数と OHのmol数のかわりに

(酸化剤の出した電子イオンのmol数)=(還元剤の出した電子イオンのmol数)

の ZCV式で 定式します。

       

色が 変わることで 反応が 終了したとわかるのは 2種類方法があります。

ひとつは、

酸化剤である過酸化マンガンカリウムが 反応し終わると、無色な マンガンイオンになることを 利用する。

この方法は 濃度未知の還元剤にもに 適用可能です。BUT、 強い物質の場合だけ可能です。有機物質のように、こわれやすい還元剤で この方法を使うと、有機物質自体が 壊れてしまうので この方法は使えないんです。

もう一種類は、

ヨウ素が 反応しおわることにより、指示薬のでんぷんと 反応して、イオン化する場合は、青紫から 無色へ。そして、ヨウ素分子化する場合は、無色から 青紫へ。

この方法は、ヨージメトリーと 名前がつくくらい有名です。ヨウ素と チオ亜硫酸を つかった 中和反応の 逆的滴定と にたような技術です。これは 還元剤にも 酸化剤にも 対応できます。

くわしくは 後日。

 

3.5.電池と電気分解

「1.金属のイオン化傾向」TOP

         1.1. イオン化傾向の覚え方。

かそうかな まがある あてにするな ひどすぎる

では 少ないので、拡大します。

カバーするかな マガアルマン  あて    っ  こに すんな ひどすぎる

K Ba Sr  Ca Na  Mg Al     Mn  Zn Fe Fe  Co Ni Sn Pb H Cu Hg  Hg2

                                               ↑ ↑                            ↑   ↑

                                                Ⅱ Ⅲ                            Ⅱ    Ⅱ

H が 示しているのは 水素イオンという 酸化剤に 勝てるのは、右側の金持ち金属だけですよ ってことを 示している。

左側の貧乏金属は 水素イオンに負けて、お金を取られてしまいます。

         1.2.イオン化傾向と 反応性。

水素イオン、つまり、酸との 反応性は 示しました。

A. 中性の水との 反応性。中性の水なのに、暖めたりすると、水素イオンが 活性化して、酸化剤として 働く。

「Mg カップは 熱水を 入れて反応する。」と 覚える。

その左は 冷水でも 反応し、右は 高温水蒸気と なら 反応する。

B.酸素との反応。酸化剤としての 酸素ガス。

アルカリ金属は すぐに 酸化。

アルカリ土類は じょじょに 酸化。

銅以下の 金持ちは ほとんど 参加されない。

C.強い 酸化剤との反応。

Pt と Au 以外は 全部 酸化剤と反応する。

But! 反応しないっぽい 貧乏金属がいます。

「徹子にある 苦労」金属です。こいつらは 熱濃硫酸には 溶けません。(ただし、水素イオンとは 反応します。あくまで 硫酸イオンとの反応にのみ 特化しているんです)

    Fe Co  Ni Al

こいつらは 酸化皮膜をつくって、表面をカバーするので、不動体になって、溶けません。

また、特殊なんが 鉛。

鉛は 「硫酸鉛」「塩化鉛」が 表面を カバーする 特殊な金属で、硫酸、塩酸由来の 水素イオンや 熱濃硫酸と 反応しません。

ちなみに、

Pt と Au を 上の覚え方に入れていないのは、入れる必要がないからだ。反応しないから。

でも、唯一反応するのが、王水。「一升  3円」と 覚える。

硝酸を 1  塩酸を 3 の割合で まぜたのが 王水。超 危険物質。わたしも 遠くから 見たことがあります。「おおお 王様やああ」

D. アルカリとの反応。アルカリの中の 水が 酸化剤として 働くケース。水は あるときは 水素イオンとしての酸化剤、また あるときは 酸素イオンとしての 還元剤として 働く。この二重性に 気づいてください。

両性元素のみ 反応。アルカリという悪条件で、水が 酸化剤として 働くのは 両性元素のように 特殊な場合に限る。(酸性であるほど、酸化剤は 強くなるんでしたね。)

 

 

「2.電池の原理」TOP

         2.1.電池の式。

負極電極が 還元剤。正極電極が 酸化剤になって、酸化還元反応をし、回路に 電子を 流し、溶液で イオンを 流す。電子と イオンの バトンリレーが 電池という回路。

電池で 使われる式は 2つ

A。電流と 時間と    電子のmol数の関係式。

直列なら、同じ量の電子が 流れ、

並列なら、合計量の電子が 流れる。

川の流れのように。

B. 電極、溶液の増減を 理論値 反応量 で 定式する。

この 「りは」式に ともなって、溶液の質量パーセント濃度だったり、水素イオンのmol濃度を 定量したりする。まあ おまけ みたいなもの。

         2.2.ボルタ     欠陥だらけ電池。

亜鉛と 銅。硫酸。

欠陥を どうやって 克服するかが なぜか 問われやすい。

         2.3.ダニエル

亜鉛と 銅。硫酸亜鉛と 硫酸銅。

         2.4.濃淡電池

イオンの 泳ぐ速度定式する。

「3.いろいろな電池」TOP

         3.1.鉛蓄電池。

鉛と 酸化鉛。硫酸。

         3.2.ニッカド電池。

カドミウムと オキシ水酸化ニッケル。水酸化カリウム。

         3.3.燃料電池。

水素 と 酸素。 アポロ型と アルカリ型がある。

 

「4.電気分解」TOP

         4.1.無理やり電子を 流して、溶液中のイオンにも 強制的に、酸化還元させる。

(3の 電池は 自発的に、電極が 行っていた酸化還元を 今度は 溶液にも やらせる)

         4.2.96500Cは 電子1molが もっている電気量。

         4.3.NaCl から 塩素と 水酸化ナトリウムを 作って 儲ける。

がっぼりやで!海水から お金が 出てくる。

         4.4. アルミニウムを 融解塩電解で 儲ける。

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2014.01.23 20:11  | # [ 編集 ]













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