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偏差値40台をとったこともある国公立医学部医学科に合格した現役医師がお送りする大学受験勉強法ブログです。               最強の勉強法とは「二元論を使うべし」と「データベースを作るべし」

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無機化学データベース。

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 亀田和久の授業でのエッセンスを 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。

無機の 勉強法。

科学的な 理由付けで 思い出す。あるいは

語呂合わせで 無理やり覚える。

の 2種類。覚えていれば、点数になるんだから、受験化学の基礎体力ともいえます。

目次

4.無機化学

4.1.非金属元素とその化合物

「1.水素と希ガス」 「2.ハロゲン」 「3.ハロゲンの化合物」 「4.酸素と硫黄」 「5.硫酸と硫化水素」 「6.窒素とリン」 「7.アンモニアと硝酸」 「8.炭素とケイ素」 「9.気体の発生と捕集」 「10.陰イオンの検出」

4.2.典型金属元素とその化合物

「1.金属元素の分類と特徴」 「2.金属の精錬」 「3.アルカリ金属」 「4.ナトリウム化合物」 「5.マグネシウムとアルカリ土類金属」 「6.アルミニウム」 「7.亜鉛・スズ・水銀・鉛」

4.3.遷移金属元素とその化合物

「1.銅とその化合物」 「2.銀とその化合物」 「3.鉄とその化合物」 「4.クロム・マンガンとその化合物」  「5.金属イオンの沈殿反応」 「6.金属イオンの分離」 「7.無機物質の利用」

4.4. 酸化数一覧データベース

4.無機化学

4.1.非金属元素とその化合物

「1.水素と希ガス」TOP

         1.1.水素の作り方。

A。水素イオンを酸化剤として、Redoxさせる。REDOXは 酸化還元反応。

中心イメージは 「2水素イオン+ e → 水素ガス ぷくぷく」

酸性溶液で 水素イオンと 還元剤(多くは 金属)を 反応させるなら うえの イメージを そのまま使う。

一方、

アルカリ性溶液で 両性金属の還元剤と 酸化還元反応させるなら、うえのイメージを ちょこっと いじる。うえの両辺に 「2 水酸化イオン」を 足すのだ。そうすると、

「2 水 + e→ 水素ガス+ 2水酸化イオン」となる。

これが アルカリ性での 水素イオンの 酸化剤の式。

酸化剤の式が、酸性か アルカリ性か で  変化するのは、水素イオンと 酸素イオンの式だけです。

ですから しっかり 覚えてください。

これが わかれば 「水 と アルカリ金属が 反応して、水素が でてくる」のが よくわかります

水が 酸化還元反応しているのではなくて、水素イオンが 酸化剤として 働いているというのが 本質です。

B。水を電気分解する。

水にリン酸とか 水酸化カリウムとか を 入れて、酸性あるいはアルカリ性にすると 完璧な中性よりも 反応しやすくなります。

どっちに pHが 傾いても、材料が増えるからです。

C. 化学工業会社は 海水を 電気分解するときに 水素、塩素、水酸化ナトリウムを 製造しています。

住友化学とか 三菱化学あたり やっていそうです。知りませんけど。

         2.2.水素の性質。

A。宇宙で一番存在する 原子。「おっしゃる手」と「水兵」でしたね。

水素 の次が He

B. 水素イオンは 酸、アルカリの 酸性を 作り出す。

水素イオンというか 陽子である。

C。水素ガスは 還元剤としても 使える。

まあ、水素は あんまり 無機では とりあげられません。

 

         2.3.希ガスの性質。

A. 覚え方。変な ねーちゃん ある日、 クリプトン星人。

まあ 教育的配慮で、ごろは 変更させていただきました。

B. 反応しない。

反応しないのは、S P で  閉殻構造になっているから。

製法は 知りません。核融合でも できますけど、天然では 放射性同位体が 崩壊するとき できるものが 地殻に 残っているらしい。

というわけで、He は 天然ガスのなかに 入っていることが 多いらしい。どうして 宇宙に 拡散せずに 、地球に残っているのか なぞですよね。(He 目当てに 戦争が起こるほど、Heは 資源として 貴重なんです。カンタンに 合成できませんから。)

Arは 空気の中に 結構 混じっているので、空気の分留で 取り出します。

反応しないので、真空管のなか ちょこっと 入れて、放電させて 色を楽しみます。

「2.ハロゲン」TOP

         2.1.Halogen  よく 記号で ハロゲン族は X と まとめて 表現される。

A. 価電子7個 で あと 電子一個で 最高に 安定する。だから、電気陰性度が めっさ 高い。

電子ホシガリータ の ハロゲン。そして 欲しがり 四天王。

なかでも 最強なのが シベリアのヒグマと 恐れられたフッ素。

以下、復習すると、

次が 難波の闘魂 横綱と 名高い 酸素。

次が、マサイ族の伝説 戦士  NCl 。

次が 、くさい くさいマン Br

次が 、アメリカの マフィアと 渡り歩く 敏腕科学捜査班 刑事 CSI。

そして 普通の 兄さん 水素。

         2.2.ハロゲン単体の性質。

覚えどころは いっぱいあります。テーブルを作って 覚えましょう。

A. 常温での 三態。

GGLS。

B. 色。

黄色、黄緑、茶色、黒紫。

ここらへんは、語呂合わせとか する前に、写真を 何度も 見てたら、覚えちゃいますよ。

C.フッ素ガス。

最強の猛毒。吸ったら 即 天国へ。

製法は、融解塩電解。

水と反応して 電子を奪ってこれるほどの、最強の酸化剤。やはり 横綱に勝てるのは、ヒグマしかいない。さすが、哺乳類最強の動物やで。

フッ素+水→ フッ化水素+酸素

D.塩素ガス。

これまた、酸化力が 強いので、猛毒。ナチスドイツでは 毒ガス室送りになると、これを 吸わされたらしい。

製法は、還元剤としての 塩化物イオンを 酸化してもらう。

あるいは 酸化剤としての 次亜塩素酸イオンを 還元してもらう。 の 2種類。

化学工場では、海水の電気分解のときに 手に入れてる。水素と 一緒。

   

水に 溶かすと、自己酸化還元反応して、塩素イオンと 塩素酸イオンに分裂する。

金持ち(還元剤)→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→貧乏(酸化剤)

塩化物イオン(-1)

             →塩素ガス(0)

                    →次亜塩素酸(+1)→亜塩素酸(+3)→塩素酸(+5)→過塩素酸(+7)

上の ○塩素酸 は ○塩素酸イオンとして も いいです。

どうして こういう名前の付け方になったのか?

それは このオキソ酸のなかで 一番安定していたのが、塩素酸だったからです。どうして、安定したかは 知りません。

まあ HClO3 と 同様に、H2SO4 や HNO3が なぜ 安定したかわからないのと 同様です。たぶん、形が良かったからだと 思います。

塩素酸に関しては、IUPACの 正式名称のほうが 理にかなった名前になっていますが、覚えても 試験に出ないので、あんまり 意味がないです。

   

そして さらし粉。通称、さらしっ子。

塩化 次亜塩素酸 カルシウム が なぜか さらし粉 という名前になってしまいました。くるってますよね。

さらしっこは 酸化剤ですから、還元剤と反応させて、塩素ガスが ぶくぶくでてきます。

   

塩素の実験的製法。

酸化マンガンと塩酸concで 酸化還元反応すると 塩素ぶくぶく。

塩酸concは 気化しやすいので、水に くぐらせて、吸収させて取り除く。

水を 使ってしまったので、今度は 乾燥剤である 濃硫酸に くぐらせる。

そして やっと 純物質の塩素ガスが 下方置換で 手に入る。塩素は 水に溶けますから、水上置換は できません。水に くぐらせてるのは、HCl を 除去するためなので、仕方ない。肉を切らせて 骨を絶つ作戦です。

E.  臭素リキッド

はっきりいって ほとんど 試験に出ません。水と 反応して、塩素と同じように 自己酸化還元反応する ことぐらいしかでません。

F. ヨウ素 ソリッド

ヨウ素 分子は ヨウ素でんぷん反応で 注目を浴びる物質です。

昇華性である ということが よく 昇華の説明に 使われます。

水には 塩素、臭素、と同様に 自己酸化還元反応して 溶けます。

 

また、イソジン という うがい薬があります。ヨウ素は 体内に入っても たいして 悪さをすることもないし、アレルギー反応もしないし、中毒になることもないので、消毒に よく使われます。(海草の 紫色は ヨウ素の色です。つまり、海草をたべると ヨウ素を食べることになる。でも、だれも 中毒を起こしていないことからも、安全だということがわかります。)

なぜ、ヨウ素が 消毒に つかわれるかというと、ヨウ素ソリッドには 酸化力があるからです。ウィルスや 細菌を 酸化剤で やっつけるというわけ。

でも、ヨウ素ソリッドは 無極性なので  極性溶媒である水に 溶けません。溶けたら、自己酸化還元反応してしまいます。

そこで 考え出されたのが、「3ヨウ素化物イオン」として 水に溶かすこと。

これにより イソジンが 商品化に成功しました。プロジェクトX です。

ヨウ素ソリッド+ヨウ化物イオン?3ヨウ素化物イオン

という 平衡が 成立します。KI が 溶けている 水に、ヨウ素ソリッドは 3ヨウ素化物イオンとなることで 溶ける事ができる。

酸化剤として ヨウ素ソリッドが 消費されたとき、3ヨウ素化物イオンが ヨウ素ソリッドを 補充することで、効き目を 長持ちさせるというわけ。

   

ちなみに、ヨウ素が でんぷんと 発色する理由は、

でんぷんの螺旋構造のなかに、ヨウ素が すぽっと 入り込むことで、

グルコースと ヨウ素の 錯体のようなもの (包接化合物)が できる。

ヨウ素は グルコースの余った 電子を うばいとって、励起する。このとき、可視光を 電子が 吸収することで、 みごとに 発色する。

この反応は かなり 敏感で、ちょっとでも ヨウ素が でんぶん溶液中に 存在すると、瞬時に 発色する。

だから、酸化還元滴定で この反応を 利用すると、正確な 値を 定量することができる

   

ちなみに、「KI でんぷん紙」という 酸化力のあるガス、あるいは 液体かどうか 簡易に 調べられる 指示薬がある。

これは 酸性、アルカリ性かを 調べる 「リトマス紙」の 酸化還元反応ヴァージョンのようなもの。

つくりかたはカンタンで、KI を 普通の紙に しゅしゅっと かけるだけ。紙には、もともと つなぎとして でんぷんが 入っているため、米粒を用意する必要はないのだ。

もし、酸化力のある ガス、液体が KIでんぷん紙に 触れると、紙のなかの ヨウ化物イオンが ヨウ素分子に 酸化される。すると、紙の中のでんぷんと ヨウ素でんぷん反応する というわけ。青紫色に ぱっと 変わります。

「3.ハロゲンの化合物」TOP

         3.1.HX。ハロゲン化水素。

これまた、単体の ハロゲン とは 別に テーブルを作りましょう。

         3.2.HF。牙と 爪をぬかれた ヒグマ。

沸点が 低く、さらさらっと 気体になります。HFは 空気よりも 軽いけど、空気中では、会合しているので、下方置換で 収集します。

作り方は、蛍石を 濃硫酸で 追い出し反応する。ぷくぷくっと。濃硫酸を 使うときは いつでも 加熱すると 覚えてください。

HF は 弱酸です。水の中で HF は 互いに 会合して、水素結合で スクラムを組んでいます。

H→F (レベル40)  vs     H→O(レベル35)←H

上の ヒグマ対 横綱の戦いを見てください。O のほうが 弱い。

もし 、HF が 電離して H を 水に 与えるには、H は HFどうし の スクラムから 離れて、水の中まで いく必要があります。

無理です。

HFの 水素結合のほうが、水の水素結合より強いんですから。

だから、弱酸なんです。

    

フッ化水素の くもりガラスづくり。

ガラスを溶かす 不思議な性質を持っています。

この反応は、変な置換反応なので、SiF4は  モデルのSHIHOに 登場していただいて ごろで 覚えましょう。

シリコンについた O を F に 置換させると、SHIHO が でてくる。(4フッ化ケイ素がでてくる)

「ちょっと あんた どきなさいよ!」と F が O を 押しのける。

F に 負けた O は あまった H と くっついて 水になる。        と 覚える。

両辺に 2HFを足して、H2SiF6 を 作っても良いです。(Hexa flvoro ケイ酸)

この SiF4 。実は、錯体です。正四面体の錯体。

一方、H2SiF6は 正8面体の錯体。ま、どうでもいいです。

ときどき 国立2次で 出ます。

    

HFは ほとんど 電離しないので、銀イオンとは 沈殿しない。

         3.3.塩化水素

A.製法。  塩に 濃硫酸を入れて、加熱、、揮発反応で、HCl だけ ぷくぷくっと 出てきます。

空気より、重たくて、水に溶けるので、下方置換。

また、

塩素ガスの水への溶解でも できる。自己酸化還元反応。

B.強酸。

強酸の塩酸ガスと アンモニアガスを くっつけると、白煙が生じる。中和して、塩が 煙に見えるのだ。

C. 銀と 沈殿。白色

あたしゃ しおかけた ぎんなん すいぎんだ。

塩化物イオンと  Ag        Pb     Hg2          で 沈殿形成。

         3.4.臭化水素。

A.製法。

臭素を 水に混ぜて 自己酸化還元反応。

B.強酸

だけど 実用してない。

C. 銀と 沈殿。淡い黄色

         3.5.ヨウ化水素

A.製法。

ヨウ素を 水に混ぜて 自己酸化還元反応。

B.強酸

だけど 実用してない。

C. 銀と 沈殿。黄色

          3.6.AgX の 沈殿を 再溶解させる。テーブル。

色は 禁断の覚え方があります。  Cl Br  I  白色から 黄色へ 変色していくイメージ。

AgXが どこまで 沈殿したままでいられるか?

水、アンモニア、チオ硫酸イオン と どんどん 溶けていく。イメージ。

S は ソリッドのS

                        AgF        AgCl          AgBr            AgI       (AgS 最強カップル)

水                      ×            S              S              S               S

アンモニア            ×            ×             S              S              S

チオ硫酸イオン      ×          ×              ×              S             S

シアノ酸イオン       ×            ×            ×            ×               S

銀は 上の イオンに とられて、錯体になってしまう。

「4.酸素と硫黄」TOP

         4.1.酸素ガスの製法。

A 塩素酸カリウムを 酸化マンガン触媒で 熱分解反応。塩化カリウムと 酸素ぶくぶく

B 過酸化水素を 酸化マンガン触媒で 熱分解反応 。水と 酸素ぶくぶく

C 電気分解。酸素イオンの 電子が 奪われて、ぶくぶくうう。横綱酸素も、電気分解には かなわなかった。

D 空気の分留は 工場。

         4.2.酸素ガスの性質。

酸化剤として  燃焼を助ける。

助燃剤データベース。  酸素と フッ素。

         4.3.酸化物。

酸素とくっついた 非金属と 金属。

アルカリ金属、アルカリ土類金属の酸化物は 水に溶けて、アルカリ性になる。

塩基性酸化物

たとえば CaO + 水 → Ca(OH)2

両性金属は 水に溶けて、酸性にも、アルカリ性にもなれる。

両性酸化物

たとえば ZnO + 水 → Zn(OH)2(アルカリ性の水に溶かす)

            ZnO + 水 → H2[Zn(OH)4] (酸性の水に溶かす)

非金属の酸性酸化物

たとえば  CO2+ 水 →H2CO3

これは 酸、塩基の中和のところで やりましたね。

         4.4.オゾン。

着色ガスのひとつ 青。

着色ガスデータベース。小曽根青い ドラえもん。

塩素 黄緑。二酸化窒素 赤。フッ素 黄色。

         4.5.硫黄の単体。

A。名前。やっほー 単車で ゴム   の 同素体。

しゃほう が 宝石みたいはやつ。

単車が  暴走族の つんつん 頭。やっほーと単車は S8の王冠型。

ゴムは くろいやつ。これは ポリマーになっている。

B 製法

硫化水素と 二酸化硫黄の 酸化還元反応。→S← 

温泉でよく見る 湯の花とは じつは 単車硫黄だったんですね。

C  単体は お金持ちなので 還元剤としてはたらく。

         4.6.硫化水素

A 超 お金持ち。還元剤。

B  火山ガス。腐乱臭。腐った卵。猛毒。

C  製法。

硫化鉄を 酸で 追い出し

D。水に溶けて、 弱酸性。

溶解度積のときに よく使います。金属を 分離するために。

pHを コントロールすると 硫化物イオンの mol 濃度を 正確にコントロールできるから。

硫化物イオンは たいていの金属 つまり 男と カップルになれる。まさに 魔性の女です。

カップルになれないのは、アルカリ男と アルカリ土類男のみ。

         4.7.二酸化硫黄

A.製法

熱濃硫酸と 金属の 酸化還元反応。

亜硝酸ナトリウムを 濃硫酸で 酸化還元反応。

黄銅鉱を 燃やすと 出てくる。つまり 硫化金属の燃焼。

硫黄 単体の酸素燃焼。

石油の中に含まれているので、酸性雨の原因になって ヨーロッパでは 深刻な被害が出た。

そこで、石油を脱硫して きれいな ハイオクにする。エネオスが よくやっています。

B. 水に溶けると 亜硝酸。

弱い酸です。

C。 漂白作用。

二酸化硫黄は とけて 亜硝酸になると 他人から 酸素を奪って 硫酸になりたがる。つまり、還元剤なのだ。

この還元のときに うまれた 水素イオンが アゾ化合物の N=N に くっつくことによって、脱色する。

かなり おだやかな 漂白作用。一方、塩素の漂白は 酸化剤としての塩素が アゾ化合物ごと ぶっこわして 色を脱色する。

         4.8.チオ硫酸

チオ硫酸というか チオ亜硫酸だと 思う。でも テストで チオ亜硫酸と 書かないように!

A 製法

亜硫酸に 硫黄単体を くわえて加熱すると、チオ亜硫酸ができる

B  ヨードと タッグを 組んで、ヨージメトリーをする

このときにしか この化合物を使うことはないでしょう。

ヨウ素に対する  標準還元剤となっている。

というのも、ヨウ素のような 弱い酸化剤でも 繊細に反応してくれるから。

S2O3→ (1/2)S4O6

もし、強い酸化剤と 酸化還元反応すると 一気に S まで 反応が すすでしまう。

ちなみに H2S4O6は 4チオン酸 という 。名前を聞かれることはまずない。

Tetra thion 酸 かな。

「5.硫酸と硫化水素」TOP

        5.1.製法 接触法。

黄銅鉱を 燃やしたときに出た二酸化硫黄を 酸化バナジウムという強力な酸化剤で 三酸化硫黄にする。

それを

発煙硫酸と くっつけさせてピロ硫酸にして 濃硫酸の できあがり。

         5.2.濃硫酸の性質

A  不揮発

ということは 相手を 揮発させるときには もってこい

NaCl から 塩酸ガス

NaNO3 から 硝酸ガス

B  炭化

脱水が 行き過ぎて、炭素だけにしちゃう

グルコースを 炭素だけにする反応は まさに マジック。

C  脱水

脱水剤、乾燥剤。

D   溶解度が 異常に でかい

だから 濃硫酸を プールに 投げると、爆発する。

濃硫酸の中に 水を入れるのは、沸騰した 油に 水をいれるようなものです。油で 揚げ物の料理をしたことがあるなら わかるだろうと思いますが、水は おもいっきり はねるのです。はねが 水の熱さを 味わった人は、 濃硫酸に水を入れるなんてことしません。

大量の水の中に、すこーーーーしずつ 硫酸をいれて 冷ましながら、希硫酸にする。

E。熱濃硫酸だけ 酸化力がある。

だから 濃硫酸にも 希硫酸にも 酸化力はありません。

でも、水素イオンは 酸化力があるので、水素が 反応します。

F。スルホン化剤。

ニトロ化は 混酸

G  濃硫酸より 希硫酸のほうが 酸性が 強い。

H。濃硫酸 は  とろーん。

質量%濃度は 96%まで いける。重い。

I。沈殿形成。

「ばかなりゅうさん 白沈ね。 」と覚える。

J。硫酸塩は 水和しやすい。硫酸イオンが 水を おびき寄せる。

錯体のように、正8面体構造になって 水和物を作る。

「6.窒素とリン」TOP

         6.1.窒素ガス

A 製法   

亜硝酸アンモニウムを 熱分解。亜硝酸のN と アンモニアのN が くっつく。

工場では  液体空気を分留

B とにかく 反応しない。

でも、高温高圧になると、酸素と反応して NOx になる。だから 車は NOx 製造マシーンなのだ。エンジンの中で、空気中の 窒素と酸素が くっついて NOxになる。

そのため エンジンのマフラーには 触媒が 入っていて、NOx を 窒素と 酸素に 戻す。

         6.2.窒素の酸化物。

金持ち→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→貧乏

N2O         NO      N2O3     NO2( N2O4)    N2O5

+1         +2       +3          +4              +5

A 一酸化窒素の製法

希薄硝酸を 金属と 酸化還元反応。とくに 銅の反応を覚える。

「さん ぱ にじゅうし さ」と 覚える  3×8=24 さ!

3銅+8硝酸 →2NO+4水+3硝酸銅

水に溶けないので、水上置換

B   二酸化窒素の製法

とくに銅に 濃硝酸。

「いいよ いい にゃっきにゃっき 」と 覚える。

1銅+4硝酸→1硝酸銅+2に酸化窒素+2水

C 一酸化窒素、二酸化窒素の反応性は 下の硝酸の記事を 参照。

         6.3りん の単体。

A。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。(さわっただけで 人を殺せる。致死量は 0.1g)

ほっとくと 自然発火する。墓場での人だまの正体は キリンらしい。土葬していた時代、人体の中の りんが 土の中で 微生物によって、分解され、腹の中に たまった りんのガスが 破裂して ぽわっと 出てきたのが 人だま。きりんは 燃えるとき、自然発火し、青く燃えるのだ。だから、墓場では ひとだまが 浮いているんですね。

きりんは 酸素と 自然発火するので、水の中で 保存する。なぜ、水なのかって言うと、極性溶媒で 安上がりだから。P4 は 正四面体の形をしているので、無極性。だから、石油とか 無極性溶媒にいれちゃうと、溶けて、行方不明になってしまうので、極性溶媒に溶かす。

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。

マッチで 起こっている化学反応は 次の通り。

マッチ箱の側面にあるのは、せきりん☆。マッチ棒の頭と摩擦すると、摩擦熱により、せきりんから、きりんが遊離する。遊離したきりんは すぐに酸素と反応して、燃える。

この燃焼熱により、マッチ棒の頭に練りこんである粉上の硫黄単体が 酸素と反応して ドミノ式に燃える。

今度は、その硫黄が燃えた燃焼熱で、おなじく頭の中に練りこんである塩素酸カリウムが MnO2触媒のもと、熱分解して、酸素を放出する。これで 足りなくなった酸素を 補充して、いっきに しゅわわわっと 燃える。それが 軸木に 燃え移って、安定して 燃え続けるというわけ。

もともと、マッチは ヨーロッパ王族おかかえの 錬金術に研究のなか 生まれた。化学の黎明期は こうした 錬金術研究が すべての基本となっている。

もともと 不老不死の薬を作ろうとしたのが、きっかけなんだけど、生命のみなもとを研究していた錬金術師は おしっこの中から、りん を 抽出することに成功して、研究をかさね、マッチを作り出したらしい。

こういうヨーロッパにおける 中世の化学って なんか うさんくさくて いいですよね。

B。製法

歯(リン酸カルシウム)を 炭素の不完全燃焼によって 還元する。

これは 鉄の製法と似てる。カルシウムは 砂(酸化ケイ素)と からめて スラグにして 沈殿させる。

反応は 3つ分かれる。

リン酸カルシウムが 熱分解して CaO と P4O10に分かれる。

CaOが SiO2 と 中和して 沈殿する。

P4O10 と C が 酸化還元反応して  CO と P4 ができる。

         6.4.りんの化合物。

A. りん酸化物。

きりんでも せきりんでも 酸素で 燃やすと、P410ができる。ぴーよんおーてん。とか 10酸化4りん。組成式で 5酸化2りん と 呼ばれる。

10酸化4りんは 強力な 酸性の脱水剤。水と くっついて、燐酸になる。

B. リン酸

唯一の 3価の酸。中弱酸に分類される。pHが 高くないと、ほとんど 3つも水素イオンが とれることはない。

1価めは 酢酸よりも強い酸。2価めは 炭酸よりも強い酸。

水酸化カルシウムと中和して、リン酸カルシウムを 沈殿させる。

沈殿する男は 「魔性のアイドル りんたん」の名前を ほしいままにしただけに、よりどりみどり。唯一、アルカリ金属の男とは 沈殿しない。

「7.アンモニアと硝酸」TOP

         7.1.アンモニアの製法

A ハーバー法。IN 工場

パールハーバーで 酸化鉄で バーベキュー。空気の窒素と 海からの水素で あんもにや!

B   塩化アンモニウムを 強アルカリで 追い出す。

         7.2.アンモニアの性質

A。軽い。唯一、上方置換で 集める。

B。アンモニアの検出方法は、塩酸ガスとの白煙。

空中で 塩ができるので、白く煙る。

C。メジャーな 弱アルカリ。

D. 弱アルカリなだけに、もんのすごく 水に溶ける。

とにかく よく水に 溶ける。溶けるといっても、弱アルカリなので イオン化せずに 分子の状態で よく溶けている。

水との相性がいいのは、アンモニア分子は 極性分子で、水素結合できるから。Nは レベル30ですから、水と アンモニアは 兄弟みたいなもの。

E。乾燥剤に、シリカゲルは つかえない。

アンモニアとシリカゲルの穴は すっぽりの関係で、水と一緒に くっついてしまうので 使えない。

         7.13.硝酸の製法

A.「押すと割ると 法 」「アンモニア酸化法」

                  13.1  まず アンモニアを 精製します。「パールハーバー」で  窒素と水素と 鉄網から アンモニアができる と イメージ。

                  13.2.あんまりや 白金。

アンモニアを 白金で  酸素で 燃やすと NO ができる。

NOは すぐに NO2に酸化されて、

                  13.3.温水シャワーvs 冷水シャワー

50度の シャワーと NOxを 混ぜると、硝酸と NO ができます。NOは リサイクルできるので、こちらの反応のほうが 好都合なんです。

一方、冷水シャワーと NOxを 混ぜると、硝酸と亜硝酸が できてしまって、亜硝酸が 邪魔になる。

だから、温水と混ぜるほうが良い。

この反応は 「酸化数   グラフ」によって 導き出すのが 一番覚えやすいです。ごろあわせ使用としたんですけど、なかなかできなかった。

温水反応

NO←←NO2  NO2→硝酸

                  NO2 →硝酸

vs

冷水反応

亜硝酸←NO2  NO2→硝酸

         

図の解説。

→ひとつで 酸化数が ひとつ 上下します。

これで 減る酸化数と 増える酸化数の 数が 一致します。あとは 水を 上のイメージに 加えるだけで反応式が かけます。

ちなみに この 覚え方は わたしの オリジナルです。

                  13.4 UVで 自己酸化還元

13.3 の 覚え方と 同じです。

NO2←硝酸           酸素イオン(Ⅱ)→→酸素

NO2←硝酸           酸素イオン(Ⅱ)→→酸素

NO2←硝酸

NO2←硝酸

これで 4硝酸→ 4二酸化窒素+2酸素+2水

      

B。実験的製法。

NaNO3 に 濃硫酸を いれると、硝酸が 揮発する。これが 硝酸の実験的製法でもある。

   

         7.14.硝酸の性質

A 強酸

B 強い酸化剤。 

濃淡で 一酸化窒素 、二酸化窒素のように 出てくる生成物が 違う。 こういう酸化剤は こいつだけ。

普通、水素イオンよりも 強いので、硝酸溶液で、水素ガスが ぷくぷくすることはない。

一方、塩酸、希硫酸では                                                ぷくぷくする。

C  揮発性

NaNO3 に 濃硫酸を いれると、硝酸が 揮発する。これが 硝酸の実験的製法でもある。

D  光で分解する。

だから  養命酒とか ビールのビンのような 曇りガラスのビンの中に入れておく。

光分解の反応は 自己酸化還元反応。反応式は 上の式を参照。

E ニトロ化剤。

ピクリン酸    TNT のような 爆弾を作る。

ノーベル賞の ノーベルさんは TNT 爆弾を つくるのに 成功した人。儲けすぎたので、ノーベル賞を つくった。

F   濃硝酸、濃硫酸のようあ 強力な 酸化剤でも 不動態の酸化皮膜は 崩せない。

徹子にある苦労

G   すべての 硝酸塩は 水に溶ける事ができる

硝酸と 沈殿する 男なし。とにかく もてない 硝子さん。

H  硝酸イオンの 検出方法。

鉄(Ⅱ)イオンと 錯体を 作る。

希薄硝酸イオンは  酸化剤として 働き、NO ができる。

鉄(Ⅱ)イオンは 鉄(Ⅲ)イオンになって 還元剤として 働く。

この 鉄(Ⅲ)イオン と NOが 錯体になって 赤い液が濃硫酸との溶液の境界にできる。

この錯体は とにかく 不安定なので、空気で酸化して、すぐに 消えてしまう。

だから わざわざ 濃硫酸の溶液の中に入れる。

F。一升3円。王水。

「8.炭素とケイ素」TOP

         8.1.炭素の単体

同素体。

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

ダイヤモンドは 永遠の輝き。正四面体構造によって くっついた 炭素のポリマー。

世界で一番硬い物質。これで 殴られたら ひとたまりもない。だから、男は 女の子に ダイヤをプレゼントしてはいけない。というのは 亀田和久のおはこネタ。

黒鉛。なまり って入っているのに 炭です。ハニカム構造の炭素が 平面状にずらーっと 並んでいる。ハイカムだけに 丈夫だけど、それが 多層構造になっているので、平面方向と 平行の方向には ずれやすい。だから 鉛筆は よく 刷りつく。

フラーレン  C60 と C70。サッカーボールの形をした おもしろい物性の同位体。

このフラーレンを 使用して、フラーレンナノウィスカーを 作って、半導体をつくったり、あたらしい繊維を作ったりして遊ぶ。

カーボンナノチューブ。日本人のNTTのサラリーマンが 見つけたことで有名。飯島 澄男(産業技術総合研究所 ナノカーボン研究センター長

炭が良導体なのは、ハニカム構造の上を πボンドによる 自由電子が 飛び回るからだけど、CNTは その性質を利用して、導線を 極限まで 小さくできる。よく ナノテクと 呼ばれるのは、分子一個分の部品をつかって、回路を作ろうとするからだ。

しかも、CNTは 繊維として 利用すると 鋼よりも 強い強度が得られる。とにかく いろんなことに 利用できるので、大量生産に成功したら、生活が変わると同時に、成功した人は大儲け。

夢が広がりますね。

         8.2.CO

A ご家庭での製法

炭素の不完全燃焼で でてくる。

不完全 酸化還元反応。

あとは まじめに

ギ酸に 濃硫酸をいれて 脱水反応。COが 揮発反応。

じゃあ ここで Cの酸化数を みていきましょう。

金持ち→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→貧乏

    (-4)CH4      (-2)-CH2-   (0)C         (+2)CO            (+4)二酸化炭素

           (-3)CH3      (-1)-CH-     (+1)CHO-       (+3)COOH

B 工場での製法

酸素なしで、高温の固体のCに  水を ぶっかけると、酸化還元反応して 水素とCOができる。

C.猛毒。

毒には いろいろありますけど、COは ヘモグロビンを機能停止にするタイプです。赤血球の中には いっぱい ヘモグロビンというたんぱく質が 詰まっています。そのたんぱく質の中心には、鉄イオンⅡが 配位結合していて、これが 酸素分子を 運搬する役割を持っている。酸素は 鉄イオンと 配位結合して、酸素の溶解度が 低い場所になると ぱっと 離れるという仕組みをもっているんだけど、COは このFeイオンと酸素よりも 強力に 配位結合して、離れなくなる。そうして、永久的に くっつくので  酸欠で 気を失って、そのまま 脳をやられて、死んでしまう。日常生活に存在する 猛毒なだけに、毎年 死亡者が ニュースで 流れます。ちなみに、タバコの中にも COが 含まれているので、タバコを吸っている人は、すぐに 息切れするというわけ。

D。還元剤。

C も COも 還元剤として 二酸化炭素になる。

とくに COは 強力で 鉄の精錬に使われる。

         8.3 二酸化炭素

A。製法

炭酸の塩を 強酸で 追い出し反応。COOHの検出反応としても有名。

炭素、COの 燃焼。

B。水に溶けて、酸性

C。石灰岩。

炭酸カルシウムは 別名、石灰岩。

石灰岩は 水と 二酸化炭素を 加えて、加圧すると、水に溶ける炭酸水素カルシウムとなって、錯体状態になる。

圧力が 普通に戻ると、再び 析出して、石灰岩になる。だから 石灰岩の地層には、鍾乳洞ができる。

         8.4ケイ素の単体

A。製法

ケイ素は シリコン産業の いしずえ。いかに 純粋なケイ素を作るかが CPUの性能をあげるポイント。原料は 海岸の砂だから ただで 手に入る。

ご家庭の台所でやるなら、砂SiO2 と Mg単体を すりばちで すって、フライパンで 加熱すれば、酸化還元反応で、シリコン単体がでる。

インテルがやっているのは、砂に コークスCを すり鉢で すって、フライパンで加熱。酸化還元反応で シリコンがでてくる。

ちなみに コークスを 赤熱して、還元するというのは  Si  Al  Fe   P の製法で やります。

B。シリコン産業。

半導体によって 、論理回路を作り出す。

シリコン単体の純度は 質量%でいうと 99.999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999%ぐらいなので、じつは、これだけでは 絶縁体になってしまう。

そこで、n型半導体では Siよりも 一個 価電子が 多い、Asを ドーピングして 半導体にする。

一方、p型半導体では Siよりも 一個 価電子が 少ない、Bを ドーピングして 半導体にする。こっちは ホールと呼ばれている。プラス電荷が 電気を運ぶのだ。

ちなみに、ものすごく 純度が 高いのを利用して、kg原器にもなっている。つまり、Siが N個のとき を 1kgに しますよ というのを Si で やっているのだ。このkg原器は おもしろくて、その形は 球。完全な球体。加工するとき、球体を作るほうがカンタンだし、球体のほうが、でこぼこを見つけるのが 容易だから。

金属光沢をもった Siの球は 人類の叡智を集めた美術工芸品です。

         8.5 ケイ素の化合物。

A。砂から ガラス産業。

砂から CPUは できるし、ガラスもできる。砂は 宝の山なのだ。

まず 砂の中の 不純物を取り除いて、ケイ酸塩だけをとりだす。

ここでつかうのが、ケイ酸の酸としての性質。炭酸ナトリウムあるいは、水酸化ナトリウムと 砂を まぜて加熱すると、中和して、ケイ酸ナトリウム塩ができる。この塩は ポリマーになっている。

これを水に溶解させる。いちおう 溶ける。とけた水とガラスのもとが 渾然一体になったジェル状の物質が 水ガラス。水と ガラスのもとを まぜるから 水ガラス。そのまんまのネーミングです。

この水ガラスに 塩酸を入れて、追い出し反応する。NaCl の塩が できて、ケイ酸が 遊離する。塩を 水で洗い流して、加熱、乾燥させると、ガラスの完成。

このとき 脱水が 甘いと シリカゲルになり、

脱水しすぎると            ガラスになる。

シリカゲルが 吸着、乾燥剤につかえるのは、

「水素結合できるから」「穴がいっぱい開いてるので、すっぽり 入ってしまう」

アンモニアは とくに 穴に入りやすい。

B。ガラスと HF

これは HF のハロゲンのところを 見てね。

というわけで もちろん HFの乾燥剤に シリカゲルは 使えません。

「9.気体の発生と捕集」TOP

         9.1「アフリカ黒人」and「水素しよ。なに?NOOOOOO!まれよ」で 覚えてください。

とにかく まとめて 覚えるのが 一番いい。

A。上方置換系と 下方置換系の 「アフリカ黒人」。つまり 水に溶けやすい気体。

「アは NH3 」「 フは フッ素系」 「 リは S系」「カは 炭素」「黒(くろ)は Cl系」「人(ぢ)はN系」

「アは NH3 」「 フは フッ素系つまり HF とF2 」 「 リは S系 つまり SO2 と H2S 」「カは C つまり CO2」「黒(くろ)は Cl系 つまり HCl と Cl2 」「人(ぢ)はNは NO2 HNO2」

B。水上置換系「水素しよ。なに?NOOOOOO!まれよ」。つまり 水に溶けにくい気体。

「水素」「しよ☆ は C系 よっつ。」「なに?N2」「NO」「OO」「OOO!」「まれよは 希ガス」

「しよ☆ は C系 よっつ。つまり メタン、エチレン、アセチレン、一酸化炭素」

というわけで

亀田和久の 白眉データベーステーブルを ご覧ください。(以下絵を 参照。)

(わたしは このデータベースを 教えてもらったときに、頭を 打たれる思いだった。知識を整理してから 記憶するというのは こういうことなのか と 感動した。学問と 初めて 出会ったと 感じたのは この授業だった。)

そして 、何回も書いて、なにもみないで 思い出す練習をしてください。どうして わたしは この テーブルを NDT hikaru用に 美しく 書き直さないかというと、きれいに並んだ知識を みて ほくそえんで 満足するのではなくて、記憶の糸を 手繰り寄せる練習をしてほしいからです。

わたしは 左脳偏重人間ではないので、定規で ぴしぴしっと 書かないと 満足できない というタイプではありません。

だから、定規を使わないし、多少 ぐちゃっとしていても まーいーや と 思えるほうなんです。ぴしっと 美しいものを作るよりも大切なことは、思い出せること、絵を想像できることなので。

つまり、ノートは 別に 汚くても良いから、脳の中では 美しく 整っていればいいと 思っているんです。

と、絵の汚さの 言い訳をしたところで、公開します。

Wwwndthikarucom_0001_13 Wwwndthikarucom_0002_8

*誤植発見。HFは  酸化力はありません。

これが できるようになれば、20点は ちがいます。偏差値でいうと 5は 上がります。

C。色のついた気体。

フッ素、塩素 二酸化窒素 オゾン

D。くさい気体。

アフリカ黒人は 二酸化炭素以外 ぜんぶ くさい。 と 覚える。

水素しよ☆系は  エチレン、NO 、オゾン は くさい。

E。酸化力のある気体。

フッ素、塩素 、オゾン、二酸化窒素。ここで 誤植。HFは  酸化力はありません。

F。水への溶解性。

水上置換のガス以外は 全部 溶ける。つまり アフリカ黒人は 溶ける。

G。空気より 重たいか 軽いか 定量する。

空気の平均分子量よりも 重ければ、下方置換できます。

じゃあ テーブルを つくりましょう。

                M             存在確率

窒素          28g           0.8

酸素          32g           0.2

Expected M =28g       ×    0.8 +    32g       ×    0.2

                 =約 29   「肉 食う気?」と 覚える。

H。本当なら、すべての気体を 水上置換で 捕集したいんだけど、水と 溶けちゃうから しょうがない。

じゃあ、他の 液体で やれば いいじゃん。と 思われた方、ナイスです。でも、 テストにでません。教科書に載ってないから。

わたしも 他の液体で 液体上置換したところは 見たことがない。なぜかは 知りません。

I。気体生成の 化学反応名を データベース。

1.追い出し反応。アンモニア、フッ化水素、二酸化硫黄、硫化水素、二酸化炭素

2.酸化還元反応。フッ素、塩素、二酸化窒素、水素、一酸化窒素、酸素、オゾン

3.熱分解。メタン(脱塩反応でもいい)、CO、窒素、酸素、二酸化炭素

4.加水分解。アセチレン

5.触媒分解。酸素、オゾン。

6.脱水分解  エチレン

7.揮発分解   塩酸    硝酸 

         9.2 乾燥剤データベース。

規則を覚えて、

例外だけ を 覚える。

例外が でてくる 気体だけを 覚える。

硫化水素、二酸化炭素、アンモニア  HF の4つ。

硫化水素は  硫酸と 酸化還元反応する。

二酸化炭素は 塩化カルシウムと くっついちゃう

アンモニアは シリカゲルの穴に すっぽりはいってしまう。しかも 塩化カルシウムとも くっついちゃう。

HFは シリガゲルと 反応して、シリカゲルを 溶かしちゃう。

ちなみに 規則は いわずもがな「酸性の気体は アルカリ性の乾燥剤を つかってはいけない」ってこと。

         9.3 保存のやり方

A。NaOH(S)は ゴム栓で PP容器

ガラスは とけちゃう。

ゴム栓にしないと、あかなくなる。NaOH は 水と 二酸化炭素と くっつく。固体になると、接着剤のフタみたいに かちかちになる。

B。きりん。

水の中。自然発火する 無極性分子。

C。Na(S)

石油の中。自然発火する  無極性分子で、しかも 水と 反応する。

「10.陰イオンの検出」TOP

陽イオンの系統分離とちがって、陰イオンの検出は ピンポイントで 調べていきます。

とはいっても、このデータベースを 覚えるというよりは、上あるいは 下にあるデータベースを 覚えていれば、自然に 導き出すことができます。

         10.1 塩化物イオン

あたしゃ ぎんなん すいぎんだ  で 沈殿。

         10.2.フッ素イオン

カルシウムイオンで 蛍石沈殿。

ガラスに かける。

         10.3.臭化物イオンとヨウ化物イオン

銀イオンで 沈殿。

酸化剤で 沈殿。

         10.4.硫化物イオン

追い出し反応で、酢酸鉛紙と PbS沈殿。

         10.5.硝酸イオン

鉄イオンⅡ を 溶かした溶液 と 硝酸をまぜて、硫酸を ゆっくり そそいで、二層作る。このとき境界に 赤い錯体が 見える。

         10.6.炭酸イオン

りんたんは 最強沈殿アイドル。アルカリ金属意外と 沈殿。

         10.7.硫酸イオン

ばかなりゅうさん 白沈

         10.8.亜硫酸イオン

追い出し反応。二酸化硫黄と 硫化水素で 酸化還元反応して Sをだす。

         10.9.     2クロム酸イオン

ふくろうなまけて 銀行赤字。

         10.10.リン酸イオン

これは なにやら 特別らしい。アンモニア溶液と Mgイオンを まぜると、白沈するらしい。

一度も 見たことありません。

4.2.典型金属元素とその化合物

「1.金属元素の分類と特徴」TOP

         1.1.典型vs 遷移    金属。

最高に外にある 電子が d軌道を 泳ぐのが 遷移。

                                  sやp軌道が         典型。

         1.2.金属イオンの 錯体。

金属イオンが 水に溶けるには 2種類ある。

水分子つまり Aqua と 錯体を形成する方法。

もうひとつは

水に溶けているDonor と 錯体を形成する方法。

中心金属イオン(Accepter)に   非共有電子対を差し出して 配位結合してくる Donor によって、安定した 集団を作るのが 錯体。

電子が豊富なので、色がつきやすい。

「2.金属の精錬」TOP

         2.1.金属が 家庭に 届くまで。

1.採掘。→2.鉱石は混合物なので、不純物を取り除いて、目的金属の化合物の純物質を抽出→3.純物質を 酸化還元反応により、金属単体にする。→4.加工して、製品になる。

とくに 金属の精錬にかんしては 鉄、アルミ、銅 のみ テストに出ます。

「3.アルカリ金属」TOP

         3.1.アルカリ金属男の性質。

S軌道に 電子が 一個。だから、価電子一個。陽イオン化傾向は アルカリ金属の独壇場。

電気陽性度 というのがあれば、確実に、アルカリ男が 一番強い。

覚え方は 、「リッチな かあちゃん ルビーせしめてフランスへ」

A。アルカリ男の 花火大会。

炎色反応。リアカーなき K村。動力 借りるとするも くれない。馬力でいこう。

有名ですよね。

アルカリ男のイオンや アルカリ土類、一部の遷移金属を 燃やすと、色がつきます。

         3.2.アルカリ男 単体

A。製法

融解塩電解によって、つくる。

テストに でません。

       

「4.ナトリウム化合物」TOP

         4.1.ナトリウムの化合物。

身近な物質だけに 、いろいろ反応します。

A.炭酸水素Na 、炭酸Na

ベーキングパウダー。重曹。

ちなみに、ベーキングパウダーというのは 酒石酸の粉が重曹と 1対1に混ざっていて、水に混ぜたとき、COOH基が 炭酸水素Na を 追い出し反応して、しゅわしゅわー と なる。反応が ゆっくりなので、過熱しているときに ぷくーっと 膨れて、パンが 膨らむわけ。

         4.2.水酸化ナトリウム。通称 苛性ソーダ。Na は 英語で Sodium

アルカリ性といえば NaOHというぐらい良く使われます。

A。空気と くっつきまくる。

潮解。空気中の水と くっついて びちゃびちゃになる。乾燥剤として NaOHが 使われる。

ついでに 空気中の 酸性ガスである二酸化炭素とも 中和して 塩をつくります。

B. 人体と 相性が悪い。猛毒。

強烈な アルカリ性は 体にわるい。たんぱく質の ありとあらゆる エステル結合、アミド結合、ペプチド結合を 加水分解して ぶったぎるからだ。

たんぱく質の結合が 切れて、変性する。おそろしいです。 そんなわけで 高校では NaOHは 危なくて、危なくて 使えないはずなんだけど 、わたしの高校では 生徒に 保護メガネもかけさずに 実験させていました 。超 お馬鹿な高校教師でした。危険性を まったく把握していない高校教師。

ほんとに おそろしいのは 水酸化ナトリウムではなく、高校教師の テキトー感です。

C。製法。

隔膜法 で 海水を 電気分解して 作ります。

学校では、Naを 夏のプールに ためた 水の中に投げ込んでも 作ることができます。

ただし 20m以上 離れた場所から放り込んでください。火柱が 立ってながら、プールを しゅわわわわっと 泳ぎまくります。水よりも比重のかるい軽金属である Na は 爆音とともに NaOH となることでしょう。

これは 実際にあった 事件らしいです。亀田和久が ネタにしていました。

          4.3.ソルベー法。通称、ツルベぇ法。鶴瓶師匠法。アンモニアソーダ法。

これは、石灰岩(サンゴ)                                 と 塩から、

エンカル(塩化カルシウム。雪国のひと 御用達。)と炭酸ナトリウム(ガラスを作るときに必須)を

作る 超有名な製造プロセスです。ガラス産業の 礎。ついでに 重曹もできます。

わたしたちのまわりに こんなにも多くのガラスが あるのですから、その経済効果は すんごいものがあります。このプロセスが 特許を申請していたら、ビルゲイツより お金持ちになっただろうに。

また、炭酸ナトリウムではなく、炭酸水素Naも できるので、重曹も できちゃいます。ホットケーキを作るときや 入浴剤には 必須ですよね。

じゃあ 覚え方。

Ca CO3              vs              Na      Cl

                  ?              ?

Na CO3                               Ca      Cl2

気づきましたね。これ、実は、シャッフルしてるだけなんです。

海を想像してください。木村拓哉が サーフィンしながら 釣りをしている海を。

そして、

「サンゴと塩  に つるべぇ師匠。」

これで 外枠は 覚えられました。

あとは それぞれの反応を 覚えて  中身を 埋めていきましょう。

Ca系

1.サンゴを ぐつぐつ煮ると 生石灰。

(脱炭酸化)

2.煮たサンゴというか 生石灰(こいつは 仙台名物、牛タンの底に入っている。あるいは 、自販機の熱燗にも入ってる。) に水をかけると、消石灰。(水をかけて 生を消す)

(水和化)

3.消石灰に  弱アルカリの塩化物を 入れて、追い出し反応。

(中和化)

Na系

1.塩とアンモニアと水と人間の息   を  ぐつぐつ 煮ると、弱アルカリ塩(塩化アンモニウム)と 弱酸塩(炭酸水素ナトリウム)ができる。

(中和化)

2.炭酸水素Na を 熱分解。すると、人間の息。(水と二酸化炭素)が 出る。

(熱分解)

3.消石灰と塩化アンモニウムで 追い出し反応。(Caの3 と同じ)

 

    

ソルベーで 注意することといえば、

1.炭酸水素Naの溶解度が 小さいから、簡単に析出すること。

2.Na系の2の反応で、アンモニアと二酸化炭素  どっちを 先に 水に溶かすか。

これは ルシャトリエの法則で わかる。

アンモニアは   3200モル 水に溶けられる。

一方、

二酸化炭素は 12モルしか 水に溶けない。

じゃあ、アンモニアを 水に溶かしておいてから、二酸化炭素を 入れれば、即、反応が右に 進みますよね。

左の式が アンモニアで ぱんぱんになっているイメージです。

つるべー法の記事を参照。

大切なのは、

アンモニアが 大量に溶けている溶液の中に、二酸化炭素をちょこっと 溶かすというイメージ。

**収率の 理論値vs反応量の 定式の方法については 以下イメージをどうぞ。

「5.マグネシウムとアルカリ土類金属」TOP

アルカリ金属の次に 強いアルカリ土類金属。なんで 土類なのかっていうと、土の中に入っている 酸化物が 水に溶けにくく、熱に強いことから ついたらしい。

「ベッドにもぐってからが勝負」と 覚える。アルカリ土類金属に Be と Mg は 含まれない。

「ベッドに もぐると 彼女 すりっと バラ色」

アルカリ金属と同様に、s軌道にはいる。s軌道閉殻なので、アルカリ金属よりも 電子を出したがらない。出すときは、2個 一緒にまとめて出す。

         5.1.アルカリ土類金属単体の定性

A 炎色反応。アルカリ金属 上のほうの記事を参照。

B 水は 酸化剤になる。

冷水でも 酸化剤として 酸化還元反応する。

ちなみに Mg は 熱水なら 酸化還元反応する。「あつあつの熱湯を マグカップに入れる」というイメージでしたね。

C。製法は 融解塩電解。

         5.2 マグネシウムと その化合物。

Be は いいです。無視して。

Mg も ほとんど 入試問題として 扱われません。アルカリ土類との 比較のときに ちょこっと でる程度。

水酸化マグネシウムは アルカリ土類ではないから 弱アルカリです。ほっとんど 水に溶けません。

逆に、硫酸マグネシウムは 水に溶けます。これもやっぱり、アルカリ土類とは 逆の反応なんですね。

         5.3.カルシウムの化合物。

なんといっても 身近なのが カルシウム。人間の体にも なくてはならないミネラルです。どうして こんなに 大切かって言うと、海水に豊富に含まれているからです。生命が生まれたのは、海水ですから、海水に多く含まれるカルシウムは 生命活動に大きな役割を与えられている。ちなみに 骨というのは カルシウムの貯蔵庫の役割をしています。

カルシウムの化合物は 別名がおおいので しっかり 整理して 覚えましょう。こじつければいいんです。

石灰。いしなのに 真っ白の灰みたいな色をしてるので 石灰。

A 。炭酸カルシウム。石灰岩。大理石。卵の殻。貝殻。珊瑚。さんご礁。白い砂浜。

炭酸カルシウムを ぐつぐつ 煮込んで、熱分解反応。二酸化炭素が 揮発。生石灰ができる。

B。酸化カルシウム。生石灰。熱燗の底。仙台名物、牛タン弁当の底。

生きたように、反応性が 強い 生石灰。水と加えると、ものすごい発熱があるため、簡易あっため剤として 使われる。

水と一緒に溶けて、水酸化カルシウムになる。

C。水酸化カルシウム。石灰水。生石灰が 水に 消えるので 消石灰とも呼ばれる。

石灰の溶けた水だから、石灰水。強アルカリ。

いろいろ 酸と 反応して、中和して いろんな物質を沈殿反応する。

反応するのは 二酸化炭素ガス、硫酸、塩素ガス。

D。まずは 二酸化炭素で 炭酸カルシウム沈殿。

石灰水に 息を吹き込むと、ぶくぶくしているうちに、白沈。

石灰石が 沈殿してくる。しかも ずーーーーーっと ぶくぶくし続けると、その沈殿が また 溶けてしまう。再溶解。

さらに ずーーーっと ぶくぶくし続けると、またまた、石灰石が 沈殿する。

再溶解するのは、炭酸水素カルシウムになって、錯体になるから。

「再溶解する」というキーワードで 他の反応は、アンモニアの弱アルカリ性と、アミン錯体系。「銀座でどうしても あえんとはあんもにや」

E。次に、硫酸と反応して、硫酸カルシウム。無水セッコウ。

「ばかなりゅうさん 白沈」

ギブスや 焼き物に 使われているのは、無水セッコウではなく、天然に産出されるセッコウを利用している。

セッコウは 「無水セッコウ・2水和物。」つまり、硫酸カルシウム 2水和物。

この水和物がみそ。水和物が 2個あるうちは、やわらかい。

このセッコウを 120度で 焼くと 水和物が 二分の3失われ、硬い「焼きセッコウ」になる。焼きセッコウは リサイクル可能で、水を加えると、また、やわらかい セッコウに戻る。

もし セッコウを 300度で 完全に 焼きまくると、焼きセッコウを 通り越して、無水セッコウになる。こうなると、水をくわえても もとのセッコウにもどらない。

無水セッコウは チョークや セメントの材料になっている。

F。塩素ガスと反応して、さらし粉。CaCl(ClO)・H2O

ClOイオンが 酸化剤として 働く。

実は、さらし粉とは 次亜塩素酸カルシウムと 塩化カルシウムの 複塩です。

CaCl2・Ca(ClO)2・2H2O   これを 二分の一すれば、さらし粉の化学式が導けます。

「車来る !来るよ!水!」と 覚えても良いともいます。わたしのつくったごろですが。

G。炭化カルシウム。カルシウムカーバイト。カルシウムアセチリド。

CaC2は アセチレンの原料です。ポリマーです。

有機のデータベースを 参照。

H。塩化カルシウム。中性乾燥剤。雪の上に撒いて、氷にならないようにするアレ。

I。蛍石。

フッ化水素の原料。

「6.アルミニウム」TOP

         6.1.Al は両性元素。

    「アルミニウムは 男なのに、女にもなれる。両性。」

「ああ     すんなりと両性から 愛される。ぎゃーーーげろーーーーー」

Al  Zn    Sn Pb                                 Ga          Ge

    6.2.アルミウムの精錬。

ボーキサイトには 鉄が不純物として大量に入っている。だから、赤茶色。

鉄をのぞいて、アルミだけを 取り出したい。鉄は 強アルカリには 溶けないが、アルミニウムは 溶ける という定性を 利用して、巧妙に、純粋なアルミニウムを 抽出する。

強アルカリに解けるのは「アルカリ土類、アルカリ、両性元素」 これら以外は 全部 水酸化物になって沈殿する。

アルカリ土類、アルカリ金属は 「強アルカリ」として の機能がある。

両性元素は 錯体としての機能。

Al(OH)3 は 超弱アルカリ性   アルカリは 「男性」として キャラクターを与えるのが 亀田和久流。

一方

H [Al(OH)4]  は 超弱酸性         酸性は 「女性」として キャラクターを与える。

つまり、両方の性になれるのが、両性元素。

A。酸化アルミニウムを 男子校に入れて、アルミニウムを 女にする。そこで、鉄を沈殿させて、とりのぞき、女になったアルミニウムに 水をかけて、目を覚めさせる。「お、お、オレ  なにやってたんだよ」というストーリー。

わたしが 考えたんじゃありません。亀田和久師匠です。さすが もとアクセンチュア!もと 電通 みたいに はくがつきます。

こうすることで 不純物だらけのボーキサイト→純粋なアルミナ  が 手に入る。

B。氷晶石は 「波平 ある 風呂」  Na3AlF6

これをいれると MPが 2000度から 1000度まで 下がる。

1000度まであげて、 融解させて クーロン力で 電気泳動させて 純粋なアルミニウム単体を 生成する。

こうやって やっと 1円玉が できてるんですね。

アルミニウムを 作るには 大量の熱と 大量の電気が 必要なので、電気代が高い日本では アルミニウムは ほとんど 作られてません。

    6.3.電気分解で 電極が溶けるのは Cu とAl の製法のときだけ。

電極である 炭素電極を 酸素と反応させて ぐつぐつ。

    6.4.不動態  「徹子にある苦労」

                               Fe Co Ni Al Cr

酸化皮膜を  Al2O3を 作って、さびなくなる。

**ちなみに  「強酸のHClや H2SO4に怠ける」について

鉛も 強酸のHClや H2SO4に 溶けないんですけど、

これは 酸化皮膜ではなくて、PbCl2 とか  PbSO4が 皮膜になって 溶けない。

Cl イオンは 「あたしゃ しょっぱい ぎんなん すいぎんだ」

                                             Ag  Pb     Hg2

SO4イオン は 「ばかなりゅうさん  白沈ね」と 覚えましょう

                    Ba Ca   Pb

だから HNO3には 溶けます。

         6.5.複塩。ミョウバン。

錯体が 複数くっついて、塩になっているので、かなり 複雑です。

[Al (H2O)6] と  [K (H2O)6]  と  2×SO4 によって 構成されている。

立方格子のなかに、[Al (H2O)6] が 4玉。 [K (H2O)6]が 4玉  と  SO4が 8玉、細密で 詰まっているイメージ。

たぶん テストに出ません。

「7.亜鉛・スズ・水銀・鉛」TOP

         7.1.亜鉛。

A。両性元素。ああすんなり。

B。単体の製法は ZnS から 還元。

C。12族。「ZnCdHg」は 遷移ではない。ちょうど、d軌道が 閉殻するから。わりと 安定している。

D。Znの錯体は  正四面体。

E。いろいろ 多用途。

ZnOは 絵の具。ZnSは 蛍光塗料。

鉄にZnをめっきすると、トタン。局部電池としてよく見られる。

         7.2.水銀。

A。唯一、常温で 液体の金属。

液体ということは、もちろん 揮発します。

B。有機水銀は イタイタイ病の原因になる。Hg は 体に入ると なにかと 悪さをするので、あんまり 良いイメージがない。

人間の体は Ca チャンネルで 動いている。このCa と Hg は 相性がいい。Caの代わりに Hg が 置換することによって、神経障害を 起こしたり、骨の中に入っていったり ということをするらしい。くわしい メカニズムは 今度調べます。

C。Cl と 沈殿。しおかけてたぎんなん すいぎんだ。

D。2分子セットで ひとつの イオン。

別に珍しいわけじゃない。 Hg2イオン以外にも、Cu2イオンが 受験では出る。

         7.3.スズ。

A。両性元素。ああすんなり。

B。良質な 還元剤。

SnⅡ よりも SnⅣイオンのほうが 安定。

還元剤として、アニリンの製法で 使われる。別に、還元剤なら、スズじゃなくてもいいので 鉄でやっても いいんだけど、テストでは やたらと スズが 使われる。意味不明です。

ちなみに 軌道は

4d は 10 5sは 2   5pは2 です。だから 4つ 電子が 取れたときに、一番安定する。

C。ブリキの局部電池。

Sn が溶けずに、鉄が溶ける。ブリキをなめても、鉄分がとれるので おいしいが、

トタンをなめると、亜鉛中毒で 病院送りになるので、注意してください。

         7.4.鉛。

A。沈殿反応しやすい。

ばかなりゅうさん 白沈。

黒おーむ 。バイト怠けて、銀行赤字。

わたしゃ しおかけた ぎんなん すいぎんだ。

B。沈殿しやすいので、沈殿皮膜を作る。

鉛は 硫酸と 塩酸に強いのだ。

C。鉛電池。

とにかく 鉛電池で 硫酸鉛が フィーチャーされます。

D。鉛酢酸紙 で  硫化水素の検出に使う。

有機物質に、たとえば アミノ酸に  Sが 入っているか調べるときに、硫化水素を揮発させて、PbS で 黒沈させる。

なまりは 酸だったら、弱酸にも カンタンに溶けるので、酢酸が たまたま 使われている。だから、べつに硝酸鉛紙でもいい。

         

4.3.遷移金属元素とその化合物

「1.銅とその化合物」TOP

         1.1.黄銅鉱から 銅の電解精錬

    A.1.ここでも スラグ

シリカゲルは  鉄と くっついて スラグになる。

7の例では カルシウムのほうが 強力にくっつくから、鉄は スラグにならなかった。

    A.2.黄銅鉱を 鉄と同様に、タタラバで 燃やして 鉄にする。

このとき 還元剤は 酸素。

                 1.2.銅単体の性質。

A.銅の合金の名前の語呂。

信号の色   青    黄色   紅白(ここが 苦しいところ)の順に並べて、

               Sn      Zn     Ni

         鈴が    赤西仁    に蹴りいれる。

覚えにくい というかたは 「仁に 蹴り入れる」だけを 覚えて、Snが 出てきた場合、消去法で いくという方法もあります。

もうすこし うまい 覚え方があったらいいんですけど、だれか 発明してください。

B。銅イオンの反応

    1.3.酸化銅

A  色。

Cu2O が 赤です。  鬼といえば 赤鬼ですよね。

    ↑よくみてください 。2O  これを 逆から読むと オニ じゃないっすか!

と わたしは こじつけて 覚えました。

CuOは 黒です。これは べつに語呂にしなくても 覚えられます。10円玉が 酸化したら、赤か黒しか ないから。

      1.4.硫酸銅

「無臭だ」の 水検出。

CuSO4は  無色白色なんですけど、水がくっつくと、すぐに青くなります。だから 水分検出に 使えるんです。

硫酸銅 5水和物の 熱分解による質量変化問題は なぜか メジャーです。

         1.5.銅の化合物。

A.緑青は 「二酸化炭素と 水」と覚える。

「2.銀とその化合物」TOP

「3.鉄とその化合物」TOP

7.鉄の精錬

    7.1.タタラバで  鉄と炭を 混ぜて  空気を送り込みながら 加熱。

酸素が 足りなくて、一酸化炭素COが 出てきて、この COが 還元剤となる。

酸化鉄は 還元されて、Feになる。

これなら、電気的な作業が必要ないので、古代から、鉄は 利用されてたんですね。

    7.2. 鉄2イオンは 緑系 vs 鉄3イオンは 褐色系。

と 覚えておけば、たいていの呈色反応は 覚えられます

    7.3.含有率で 理論値vs反応量計算定式

以下の図を 見てください。

    7.4.鉄鋼原石の名前「赤鉄鉱」「磁鉄鉱」「褐鉄鉱」

    7.5.スラグをからみとる

シリカゲルは カルシウムと くっついて スラグになる。

「4.クロム・マンガンとその化合物」TOP

「5.金属イオンの沈殿反応」TOP

9.**     上記以外の 沈殿データベース。(べつの記事で まとめて書きます。)

         @@アンモニアと 錯体を形成するのは「銀座でどうしても あえんとは あんもにや」

         @@魔性の女 シアノさんは 実は 誰とでも錯体を形成する。

でも でてくるのは 鉄だけ。

         @@クロムさん「ふくろう なまけて 銀行赤字」

                                         Pb Ba      Ag

         @@「りんたん  アルカリ金属以外と 全員結婚OK」

燐酸と 炭酸は   通称 りんたん。結婚したい芸能人 ナンバーワンの りんたん。でも アルカリ金属だけは ほれされることが できなかった。

「6.金属イオンの分離」TOP

9.陽金属イオンの系統分離。

         9.1.塩酸。「あたしゃ 塩かけた ぎんなん すいぎんだ」で 沈

塩は 白色。AgCl  PbCl2 Hg2Cl2   水銀イオンは ふたつの水銀原子が くっついて ひとつの陽イオンとして 扱います。

         鉛塩は 温水で 溶けて もとに戻ります。

         9.2.酸性で 硫化物イオン(女性)なんて ほんとーーーーに わずかしかいないのに、探し出す お金持ちのボンボン(男)

イオン化傾向の 右のひとたちは Cu とか Ag とか お金持ち金属ですよね。その人たちが、Sイオンに 食いつきます。

イオン化傾向の覚え方。

「カバーするかな。間があるマン。あてっこにすんな ひどすぎる。」

Ca Ba Sr K Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Cu  Ag  Pt Au

ここらへんの 金持ち金属が 黒い沈殿を つくります。

ちなみに、CdSは カドミウムイエローで 絵の具の黄色は これ。SnSは SoSみたいに 緊急の赤色。

         9.3.煮沸して H2Sを 追い出す。酸化剤である硝酸を 入れて  Fe(Ⅱ)を Fe(Ⅲ)にする。

         9.4.Fe が 3価になったところで、弱ーい アルカリにする。

「フェクラール」Fe Cr Al が 水酸化物で 沈

         9.5.またしても 硫化物イオン。今度は アルカリ性なので 豊富に存在する。

今度は イオン化傾向 左の 貧乏な 男が 結婚。

Ca Ba Sr K Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni

「 ニコンズ 」という魔法を唱えても良いと思います。自分で ごろを つくってもいいし。

ZnSは ベビーパウダーです。だから 白色。MnSは ピンク。

          9.6.もう一回煮沸して 硫化水素を 追い出す。

         9.7.二酸化炭素を ぶくぶく。

いままで 反応してこなかった 金属イオンも さすがに 炭さん の 魅力には 勝てずに、結婚。沈殿。

アルカリ土類

         9.8.残った 金属は アルカリ金属のみ。

とにかく 結婚したがらない強い男たち。アルカリ金族。硬派なやつらやで。

ここで 炎色反応させて 正体を探る。

「動力なき K村。かりるとするも 、くれない 、馬力で いこう」

Cu緑Na黄色 K紫  Ca橙  Sr        紅          Ba緑

         

「7.無機物質の利用」TOP

   

4.4. 酸化数一覧データベース

金持ち→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→貧乏

1.酸化剤にのみ使われる 遷移金属系

Mn    +2マンガンイオン  +3MnO(OH)  +4酸化マンガン  +7過酸化マンガンイオン

Cr      +3クロムイオン  +6ニクロム酸イオン

V            +5V2O5 5酸化バナジウム

2.還元剤にのみ 使われる典型金属系

アルカリ金属 たとえば Na       +0  Na単体     +1Naイオン

アルカリ土類金属  たとえば Ba         +0  Ba単体     +2 Baイオン

それ以外、たとえば Zn             +0  Zn 単体     +2 Znイオン

         4価まで いくのは 珍しい        +0  Sn単体     +2 Snイオン  +4 Snイオン

3.酸化剤、還元剤両方で よく使う系

         3.1.典型非金属HCNOSClI

H         +0 水素ガス   +1水素イオン 水酸化物イオン  水  過酸化水素など

C  (-4)CH4      (-2)-CH2-   (0)C         (+2)CO            (+4)二酸化炭素

           (-3)CH3      (-1)-CH-     (+1)CHO-       (+3)COOH

N             (0)窒素           (+2)NO                        (+4)  二酸化窒素

     (-3)アンモニア(-1)N2O    (+1)亜硝酸  (+3)硝酸

O (-2)酸素イオン、酸化物イオン、水 水酸化物イオン、  (-1)過酸化水素  (0)酸素

S  (-2)硫化水素 (0)S (+2)チオ硫酸                    (+6)硝酸、硝酸イオン、SO3

                                          (+2.5)H2S4O6 (+4)亜硝酸、亜硝酸イオン、SO2

 

Cl                    (0)Cl2                   (+3)HClO2                (+7)HClO4

        (-1)塩化物イオン      (+1)HClO       (+5)HClO3

I            (-1)ヨウ化物イオン      (+0)ヨウ素       (+1)3ヨウ化物イオン、HIO

         3.2.典型金属     Pb     Hg

Hg     (0)水銀           (+1)Hg2Cl2            (+2)Hg(OH)2

         3.3  遷移金属      Fe    Ni    Cu    Ag

Fe (0)鉄           (+2)FeO            (+2.6)Fe3O4             (+3)Fe2O3 

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2012.06.07 21:04  | # [ 編集 ]













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