化学平衡について

 ケミカルの勉強はこれで一回おしまい。次回以降はコンピュータおばあちゃんになります。目指せゴールデンウィークまでに全クリア!(基数変換に手こずり中)

ヘンリーの法則
P=KH×χ
温度が一定の時、一定の量の水に溶ける気体の物質量(χ)は、その気体の圧力(P)に比例する(KHは比例定数)。
つまり、圧力が2倍になれば、水に溶ける気体の質量(mol)も2倍になるが、溶ける気体の体積については、圧力が2倍かかっている(=2倍潰されている)ので、本来(標準状態)なら2倍になるところが相殺されてそのままになることに注意する。

ファントホッフの法則
Π=nRT÷V
浸透圧(Π)は溶質の分子量(n)と温度に比例し、水溶液の体積に反比例する(Rは定数)。
濃度の異なる水溶液をセロハン膜で仕切ると、溶媒(デンプンなど)はセロハン膜を通過できないが、溶媒の水は通過できるため、濃度差を解消しようと濃度が濃い方に濃度が薄い方の水が移動し、濃度が濃い方の水かさが上がる(薄い方の水かさは下がる)。
この水かさの差をそろえようとしてかける圧力を浸透圧という。個人的に非常に回りくどくてややこしい定義の用語。

反応速度
以下の3つの影響を受ける。

①濃度(質量作用の法則)
反応物どうしが接触する回数が増えるので、反応速度は濃度に比例する。

②温度(アレニウスの法則)
反応物を構成する分子やイオンの運動が激しくなるため、反応物どうしの接触回数が増える。よって反応速度は温度に比例する。

③触媒(ミカエリス=メンテンの法則)
反応するために必要なエネルギーの値を変化させるので、触媒を使うと反応速度は増加、もしくは減少する。
もう少し正確に言うと、同じ量の触媒(酵素)を使う場合、ある程度の基質濃度の時は反応速度はその基質濃度に比例するが、それを超えると触媒の反応速度は頭打ちになる。

その他、光や撹拌速度、固体のフレーク度合いによっても変わる。

化学平衡
食塩水など化学反応が何も起きていない状態というのは、実は反応物→生成物という反応(正反応)と、それを相殺する生成物→反応物という反応(逆反応)が同時に、かつ、同程度起きている状態であると考えられる。この状態を化学平衡状態という。
この状態は、生成物/反応物=平衡定数Kという式(質量作用の法則)で表され、平衡状態は一定の条件において一つに定まることがわかる。
また、この式は分数であるため、平衡定数の値が1より大きいと、生成物>反応物、1より小さいと、生成物>反応物と、偏った平衡状態になる。
ちなみに、温度が上がると温度を下げるような反応に、温度が下がると温度を上げるような反応に化学平衡状態は偏るが、触媒は平衡定数に影響は与えない。

ルシャトリエの原理
化学反応が平衡状態にあるとき、濃度、圧力、温度といった条件を変化させると、その変化を打ち消すような方向に反応が進むという原理。

化学結合について

化学結合
種類が多すぎてすごいややこしい上、高校の授業では一度に全種類を教えずなぜか小出しにするため、初期に教わったものが忘れ去られ、さらに整理ができなくなってくる。

結合エネルギー
分子の結合を切り離すときに必要なエネルギーのこと。
例えば水素分子をつくる結合(H-Hの単結合)の結合エネルギーは432kJなので、水素分子を水素原子二個に分解する場合は432kJのエネルギーが要る。

電子式
最外殻電子の数が8個だと原子は安定するため、その安定度を示すために、元素記号のまわりに電子の数を表す点々をつけた式。上下左右に2つずつ点が打て、最大8つの点を打つことができる。※K殻しかない水素とヘリウムは元素記号に最大2つしか点が打てない。
この電子式によって共有結合の様子が分かりやすく図示できる。

価標
共有電子対を直線になおしたもの。
単結合:M-M
二重結合:M=M
三重結合:M≡M
価標を用いて分子の構造を表したものを構造式という。

共有結合
原子と原子が自分たちが持っている電子をシェアし合うことでくっつくこと。
単結合なら双方1個ずつで合計2個。
二重結合なら双方2個ずつで合計4個。
三重結合なら双方3個ずつで合計6個。
高校で習う化学結合で最強のくっつきを誇る結合。

イオン結合
陽イオンと陰イオンが静電気の力(クーロン力)でくっつくこと。
結合力はかなり強いが共有結合には敵わない。

金属結合
複数の金属原子の原子核が自由電子をシェアし合うことでくっつくこと。強さは共有結合の10分の1。
自由電子がそこらじゅうにあるため、電気をよく通し、メタリックに光り、よく延びる(原子核の位置が多少変化しても自由電子があるためにちぎれない)。
金属の結晶の最小単位は単位格子と呼ばれ、配位数(1個の原子が接する原子の数)と、充填率(結晶の体積の何%を原子の体積が占めているかの密集度合い)によって3種類に分類されている。

①体心立方格子
配位数は8。原子の数は2。充填率68%の単位格子。
最もシンプルで分かりやすい。

②面心立方格子
配位数は12。原子の数は4。充填率は74%の単位格子。
かなりつまっている。

③六方細密充填
1個の原子を6個の原子で取り囲む。
配位数は12。原子の数は2個。充填率は74%の単位格子。
パッと見鉛筆みたいだが、複雑すぎてなにがなにやら(名前はかっこいい)。

分子結合
分子の間に働く引力(ファンデルワールス力)によって分子同士がくっつくこと。
結合力は弱いため、沸点や融点は低く、やわらかくてもろい。
分子量(分子の質量)に比例して大きくなるが、結合力は共有結合の100分の1以下で、高校で習う化学結合では最弱を誇る。

配位結合
結合に使われなかった非共有電子対を他の原子に無償提供することによってくっつく。
最外殻電子数が8個で、その内6個を3つの水素原子との結合に使い、ちょうど2個余っている(=非共有電子対が1つある)アンモニアが代表格。
これによりアンモニアはもう1個水素原子がくっつきアンモニアイオンNH4になる。

配位子
アンモニアのように電子に余裕がありチャリティーが好きな分子やイオンを配位子という。
以下のような種類がある。
①アンミン:アンモニア
②ヒドロキシド(ヒドロキソ):水酸化物イオン
③アクア:水
④シアニド:シアン化物イオン (CN-)
⑤クロロ:塩化物イオン
⑥チオスルファト:チオ硫酸イオン(S2O32-)


また、配位結合において、いくつの配位子がチャリティーしているかは、ギリシャ語の数詞で表す。
1つ:monoモノ
2つ:diジ
3つ:triトリ
4つ:tetraテトラ
5つ:pentaペンタ
6つ:hexaヘキサ
7つ:heptaヘプタ
8つ:octaオクタ
9つ:nonaノナ
10:decaデカ


錯イオン
配位子とは逆に、金属イオンは電子をほしがるため、配位子をひきつけ、種類によって様々な構造のイオンを作る。この時のイオンを錯イオンと呼ぶ。
名前の付け方は、①配位数をギリシャ語の数詞で書く→②配位子の名前を書く→③金属イオンの名前を書く→④金属イオンの価数をギリシャ数字で書く→⑤陰イオンの場合は酸を最後につける。

銀イオン
ひきつける配位子は2つ。直線構造のイオン(ジアンミン銀(Ⅰ)イオンなど)を作る。

亜鉛イオン
ひきつける配位子はアンモニアや水酸化物イオンなどで4つ。正四面体構造のイオン(テトラアンミン亜鉛(Ⅱ)イオンなど)を作る。

銅イオン
ひきつける配位子はアンモニアなどで4つ。正方形構造のイオン(テトラアンミン銅(Ⅱ)イオンなど)を作る。

鉄イオン
ひきつける配位子はシアン化物イオンなどで、しかも6つ。正八面体構造のイオン(ヘキサシアニド鉄(Ⅱ)酸イオンなど)を作る。

水素結合
ファンデルワールス力などと同じ分子間力の一種で、水素よりも電気陰性度の大きい原子同士を、相対的に正に帯電した水素原子がつないでいく電気的な結合のこと。
金属結合ほどの強さがあり、水や氷の結晶のほか、あのDNAの塩基配列を繋げている。

電気陰性度
原子が電子を引き寄せる力の度合い。
水の場合は水素の電気陰性度が2.1なのに対し、酸素は3.5あるため、酸素が水素とシェアしているはずの共有電子対を自分の方に引き寄せて、酸素側に電荷が偏る(だから折れ線型の分子の形になる)。これを極性分子という。
ちなみに互いの原子の電子を引っ張る力がぴったり同じだったり、分子全体で電子を引っ張る力が相殺される場合は電荷の偏りはできないので無極性分子と呼ばれる。
ちなみに分子における各原子の極性は±δ(デルタ)で表される。
また、極性分子は分子間に静電気が働くため、無極性分子よりも結合が強い。

熱化学方程式について

熱化学方程式
左辺は反応物、右辺は生成物を表す。
なぜか、エネルギーが低い物質名=エネルギーが高い物質名-エネルギー(kJ)というややこしい方程式になっている(エネルギーのあるやつからはエネルギーを奪わないとどうにもならない、みたいな式)。
あまりにややこしい場合は、エネルギーの値を移項して、エネルギーの低い物質+エネルギー=エネルギーが高い物質に式を変形すると、どちらの物質のエネルギーが高いかすっきりする。

発熱反応
反応するのに熱が余分
反応物=生成物+熱エネルギー

吸熱反応
反応するのに熱が必要
反応物=生成物-熱エネルギー

反応熱
反応によって発生したり、吸収されたりする熱エネルギーのこと。
以下の4つが取り沙汰される。

①燃焼熱
物質が酸素と反応する際に、二酸化炭素と水と一緒に発生する熱のこと。
燃焼物質1molを基準にする。

②生成熱
ある化合物が各単体から生成される際に、やりとりされる熱のこと。
生成化合物1molを基準にする。

③溶解熱
ある物質が多量の溶媒(水だったらアクアのaqと表示)に溶ける際に、やりとりされる熱のこと。溶質1molを基準にする。

④中和熱
中和反応の際に、水と一緒に発生する熱のこと。
水1molを基準にする。

ヘスの法則
一言で言うと、化学版熱力学第一法則(エネルギー保存の法則)。
反応によって最終的に生じる熱は、反応の途中経路にかかわらず常に一定というもの。
これを踏まえると、それぞれの熱化学方程式は連立方程式のようにまとめて計算することができる。

例えば
①H₂ + 1/2O₂ = H₂O + 286kJ
②C + O₂ = CO₂ + 394kJ
③C₂H₂ + 5/2O₂ = 2CO₂ + H₂O + 1309kJ

という3つの熱化学方程式から、アセチレン(C₂H₂)の生成熱を求める場合・・・

④2C + H₂ = C₂H₂ + ?kJ

なので、①~③の方程式を上手く変形させて、上の④式の物質をエネルギー以外すべて消す。
①の両辺を入れ替え
②の式を×2してから、両辺を入れ替え
③はそのままで
④の式にすべて足すと・・・

  2C  +  H₂ = C₂H₂ + ?kJ
+(H₂O + 286kJ  = H₂ + 1/2O₂)
+(2CO₂ + 788kJ = 2C + 2O₂)
+(C₂H₂ + 5/2O₂ = 2CO₂ + H₂O + 1309kJ)


このとき両辺に等しくある物質はすべて相殺されるため・・・

286kJ + 788kJ = ?kJ + 1309kJ

と、熱だけの多項式になるので、この一次方程式を解いて・・・

?kJ=-235kJとなる。

つまりアセチレンの生成は吸熱反応であり、235kJの熱が必要である。

電気分解について

電気分解
二種類の金属板を電源装置とつなぎ、その金属板を電解質水溶液に浸したあと、電気をかける(電子を移動させる)ことで、強制的に酸化還元反応を起こすこと。
このとき電源装置の+極につないだ方は陽極、-極につないだ方は陰極と呼ばれる。
電池との違いは以下の通り。
化学電池:化学反応→電子のやりとり→電気
電気分解:電気→電子のやりとり→化学反応


陽極での反応
電子が外れる酸化反応が起こる。
電子の外れ方には以下の3パターンある。
①電極が銅である場合は自身が反応して電子が外れる。
②電解質水溶液に塩化物イオンが含まれている場合は、塩化物イオンが塩素ガスになることで電子が外れる。
③それ以外の場合、水溶液がアルカリ性の場合は水酸化物イオン、中性・酸性の場合は分子が反応し電子が外れる。

陰極での反応
電子を受け取る還元反応が起こる。
電子の受け取り方には以下の2パターンある。
①水溶液に銅イオンや銀イオンが含まれている場合、これらのイオンが電子を受け取り、銅や銀に戻る。
②それ以外の場合、水溶液が酸性の場合は水素イオンが電子を受け取り水素ガスに戻る。水溶液が中性・アルカリ性の場合はが電子を受け取り水素ガスと水酸化物イオンに湧かれる。

ファラデーの法則
電気分解において、電極で反応する物質の量は、流した電気の量に比例する。
また、電気量が一定のとき、電極で反応する物質の量は、イオンの価数に反比例する。1価ならそのまま、2価なら半分といった具合。
ちなみに、元素だけではなく電子にも物質量があり、電子96500個分で1molに換算される。この96500C/molという値をファラデー定数という。
電気量(クーロン)はC=A×sで算出されるので、電流の大きさと時間をかけた値が96500である場合、その時の電子の物質量はぴったり1molであるといえる。
これをまとめると・・・

流れた電子の物質量(mol)=(電流の大きさ×流した秒数)÷96500

という式ができる。
例えば、2アンペアの電流を96500秒間流し続けた場合の電子の数は2molとなる。
この時、電気分解によって析出する銅の物質量は・・・
Cu2+ + 2e- → Cu
より、電子2個で銅が1個出来るため、ファラデーの法則により、電子2molならば、析出する銅は1molということになる。

リメンバー・ミー

 「面白い度☆☆☆☆ 好き度☆☆☆☆ 集大成感☆☆☆☆☆」

 君に会えて本当に良かった。君が死ぬのを待っているよ。

 今までも、最新テクノロジーのCGを駆使しながらも、先達の人々の偉業を謙虚にたたえる姿勢を崩さなかったピクサー映画だけど、とうとうその集大成がやってきた感じ。
 まさかのメキシカンお盆ホリデー映画。というか、ここまでいくとピクサーってもはや過去作のレジェンドの蓄積が多すぎて、その引用で映画一本分の脚本が作れちゃうっていうのをまざまざと見せつけられたというか・・・そう言う意味で、新しさに関しては今ひとつだったけど、もう、マーベルもそうだけど、原理的にこの路線でこれ以上のモノって作れないというか・・・もはやひとつのスタイルを確立しちゃったんだろうな、と。

 主人公の動機は『レミーのおいしいレストラン』で、だから音楽版レミーかな、と思ってたんだけど、そんなわかりやすい2番煎じはやらないよっていう。今までの作品の美味しいところバンバン引っ張ってきたよ、みたいな。
 悪役の造形は『カールじいさん』+『シュガーラッシュ』、悪役の転落のさまは『モンスターズ・インク』、奇抜な世界観(社会観とあえて言いたい)は、それこそ初代『トイ・ストーリー』や『インサイドヘッド』でお馴染み。
 毎回、この荒唐無稽な世界を作りながらも、ちゃんとその内部で完結できる社会的なルールを成立させる、メタに逃げないっていう姿勢は素直にすごいなって思う。

 そして相棒のイヌ(※いろいろヤバそうな(^_^;))の名前がダンテなのは、ああ、神曲をやってるのか、と。あれって、あの世巡りだからね。
 ただ、昨年の『カーズ3』も大傑作だったけど、どんどん大人向けというか、今回が最もギャグが少なくてね。・・・子ども大丈夫か?(^_^;)ダンテとかフリーダ・カーロとか知ってるちびっ子とかいないだろ。
 ちなみに同時上映の『アナ雪』短編(※ただ歌うだけ。そしてわりと長い。)も、テーマにおいて“家族の歴史と、その欠落”を扱っていて、意図的にリンクさせたのかなあ。あと、ついにあの国がノルウェーであることが特定されました。

 まあ、とにもかくにも家族がテーマなんだろうけど、それをもっと拡張した、家系というか、歴史とか古典のリスペクトがすごい映画でした。
 自分なんておじいちゃん・おばあちゃんの親の時点からもう知識が曖昧で(政治家やってたらしいくらい)全然遡れないよ。
 逆に記憶から消したい一族の事実とかもありそうだしな。あんな完全犯罪が白日の下に明らかになっちゃったデラクルスの子孫とかどうすんだよ、みたいな(^_^;)

 許さなくてもいい、でも忘れないで欲しい。
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