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ブログタイトル
化学徒の備忘録
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https://www.syero-chem.com/
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化学に関することを記事にしています。大学レベルの内容が多いですが、高校や中学レベルの内容もあります。また化学であれば、無機化学、有機化学、生物化学、分析化学、物理化学、量子化学、電気化学など幅広い分野の内容の記事を書いています。
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27回 / 365日(平均0.5回/週)

ブログ村参加:2019/06/05

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化学徒さんの新着記事

1件〜30件

  • 酢酸のイオン解離と酸解離定数

    酢酸のイオン解離と酸解離定数 酢酸(CH3COOH)は水溶液中では次の式のようなイオン解離が起こる。 CH3COOH + H2O ⇄ CH3COO- + H3O+ この酢酸の酸解離定数は次の式で表すことができる。

  • 周期表の右上の原子(フッ素)ほど電気陰性度が大きい理由

    周期表の右上の原子(フッ素)ほど電気陰性度が大きい理由とは 電気陰性度とは分子中のある原子が自分のほうに電子を引き付ける能力の尺度である。より細かくいと、原子中の原子核が結合電子対を引き付ける強さの尺度といえる。 この原子核と結合電子対は距離が近いほど強く引き合う。また、原子核の正電荷(陽子の数)が多いほど原子核と結合電子対は強く引き合う。 よって、同じ周期(周期表の横の列)では、右にいくほど原子核の正電荷(陽子の数)が多いため結合電子対を強く引き付ける。つまり電気陰性度が大きくなる。 同じ族(周期表の縦の列)では、上にいくほど原子核と最外殻にある結合電子対との距離が短くなる。そのため、周期表…

  • 尿糖試験紙:グルコースの検出の話

    尿糖試験紙とは 尿糖試験紙とは、尿に含まれるグルコース(ブドウ糖)の濃度を簡便に測定できる試験紙である。通常は尿にはグルコースは含まれていない。しかし糖尿病になると尿にグルコースが含まれるようになる。そのため、この尿糖試験紙を用いることで、尿にグルコースが含まれているかどうかを調べることで、健康状態を知ることができる。 この尿糖試験紙には3つの物質が含まれている。3つの物質とは、グルコースオキシダーゼ、ペルオキシダーゼ、ο-トリジンである。 グルコースオキシダーゼはグルコースを基質とする酵素である。このグルコースオキシダーゼはグルコースを過酸化水素(H2O2)とグルコナラクトンにする。 ペルオ…

  • 水素イオン濃度からpHを計算する方法

    水素イオン濃度からpHを計算する方法 ここでは、ある水溶液の水素イオン濃度がであるとして、pHを求めます。 pHは水素イオン濃度の対数を表す値であり、次の式によって定義されます。 上の式に水素イオン濃度を代入します。 すると、 となりpHは4.0と求めることができます。 濃度の単位のMはモーラーと読み、mol/Lと同じです。

  • 水のイオン積を用いて水酸化物イオン濃度からpHを計算する

    水のイオン積を用いると、水酸化物イオン濃度が分かればpHを計算することができます。 ここでは25 ℃とします。このとき水のイオン積は次の通りになります。 水酸化物イオンの濃度をとします。 このとき水のイオン積の式に水酸化物イオンの濃度の値を代入すると次の式が得られます。 よって、水素イオンの濃度は次のように求めることができます。 pHは水素イオン濃度の対数であり次の式で定義されます。 よって、水素イオン濃度を上の式に代入すると次のようになります。 よって、この水溶液のpHは9.0と求めることができます。 濃度の単位のMはモーラーと読み、mol/Lと同じです。

  • 水のイオン解離と水のイオン積とpH

    水のイオン解離と水のイオン積 水溶液の溶媒としての水は、水自身が次の式の反応によって水素イオン(H+)もしくはオキソニウムイオン(H3O+)と水酸化物イオン(OH-)とにわずかに解離している。 H2O + H2O ⇄ H3O+ + OH- この反応は右方向と左方向の反応が同時に進み、見かけ上は反応が停止しているように見える動的平衡状態となっている。 すべての化学反応は原系から生成系に向かって起こっている場合、充分に時間がたつとその化学反応の進行が見かけ上停止する。この状態を化学平衡状態という。このとき化学反応式の右辺と左辺の量論関係を正しく記述し、その平衡定数を正しく記述するとその値は一定とな…

  • 水の水分子の濃度

    水の水分子の濃度 実験や分析、計算では水溶液を用いる場合が多くある。 このとき、水は溶媒であり、溶けている物質である溶質の濃度に着目することが多い。しかし、水もまた分子であるため、水の水分子の濃度も計算することができる。 ここでは計算を簡単にするため、水の密度を1000 g/L、水のモル質量を18 g/molとすると、 1000 (g/L) ÷ 18 (g/mol) = 55 (mol/L) = 55 M となる。 55 mol/Lという値は通常の溶液中の溶質の濃度や水素イオン濃度と比べて圧倒的に大きい。そのため、計算問題などでも水分子の濃度は不変であり、一定とみなして考えることができる。

  • 電気透析による塩の製造とイオン交換膜

    塩のつくりかたについて 日本では塩をつくるために、古くは塩田を使い海水を天日で濃縮し海水から塩を取り出していました。しかし技術の進歩などによって、塩田を使った塩の製造以外にイオン交換膜を使った塩の製造がおこなわれるようになりました。 この手法は陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に並べた装置に電場をかけて、海水を濃縮する電気透析報という技術で食塩をつくる手法です。 イオン交換膜を用いた海水の濃縮 しかし、イオン交換膜を用いた塩の製造が行われた初期のイオン交換膜では、Ca2+やMg2+などの二価金属イオンやSO42-など海水に微量に存在する塩も濃縮されました。その結果、溶解度の低いCaSO4とい…

  • 慣用単位胞:理解しやすい立方体の単位胞

    慣用単位胞 体心立方格子や面心立方格子の基本単位胞は、基本並進ベクトルからつくられる平行六面体やウィグナーザイツ胞がある。 しかし、この平行六面体やウィグナーザイツ胞の基本単位胞は、図形として理解のしやすい立体図形ではない。 そこで、基本単位胞よりも体積が大きいが、繰り返しの単位であり、図形として理解の容易な立方体を単位胞として表されることが多い。この単位胞を慣用単位胞(conventional unit cell)という。 この慣用単位胞の中には、体心立方格子では2つの格子点が、面心立方格子では4つの格子点が含まれる。

  • 置換基・官能基・置換基効果

    置換基 有機化合物は炭素原子が連なって構成されている。このような分子を本体部分とそれ以外の付属した部分に分けて考えると便利である。 この付属した部分を置換基という。 置換基効果 立体的に大きな置換基がある場合、その近くに他の分子が近寄れず反応が起きにくくなる。 また、置換基には分子に電子を与えたり、電子を奪ったりするものもある。 こういった置換基が分子に与える影響を置換基効果という。 官能基 炭素、水素以外の原子を含む置換基や二重結合や三重結合を含む置換基を官能基という。また、特性基ともいう。例えば、OHやCO、COOHなどが官能基である。また炭素原子と結合したハロゲンも官能基の一種と数えられ…

  • 分子間力:分子と分子の間に働く力

    分子間力 分子と分子の間に働く力を分子間力という。また、原子間やイオン間に働く力であっても、分子間力という場合がある。 分子間力には引力と反発力 (斥力) がある。 引力としては、クーロン力、交換力、水素結合力、電荷移動力、ファンデルワールス力などがある。 反発力としては、排他原理に基づく交換反発力や、静電気的な反発力がある。 極性分子間同士では、静電的な引力や反発力がある。これは分子の極性が強いほど大きくなる。 極性分子と無極性分子間の場合には、極性分子が無極性分子内に誘起双極子を生じ、その誘起双極子と極性分子との間で生じる作用である。

  • 結合分極・部分電荷・極性分子・無極性分子

    結合分極・部分電荷 電気陰性度の違う原子が結合した場合、結合電子は電気陰性度の大きい原子のほうに引きつけられる。その結果、電気陰性度の大きい原子は少しマイナスに、電気陰性度の小さい原子は少しプラスに荷電する。この結合した2原子がプラスとマイナスに荷電する現象を結合分極、生じた電荷を部分電荷という。 部分電荷はδで表される。δの値は0 < δ < 1の範囲である。 極性分極の現れた結合を極性結合という。 極性分子・無極性分子 そして、分子内にプラスに荷電した部分とマイナスに荷電した部分をもつ分子を極性分子という。 荷電した部分の無い分子を無極性分子という。

  • 電気化学とは

    電気化学とは 電気化学とは、物質の化学変化と電気エネルギーとの関係や、化学エネルギーと電気エネルギーとの変換の関係に関する分野である。 界面電気現象、電離状態、物質の導電現象、半導体、電池、電極反応、水溶液の溶融塩の電解、非水溶媒中での酸化還元などが対象となる。 熱力学的な平衡論、特に不均一反応の反応速度論、電解質溶液論などから構成される。 電気化学の応用は電源用電池の製造、水電解や電解アルカリ、金属の精錬などの電解製造、電解めっき、金属の腐食、防食、電解コンデンサの製造、電熱工業、電気分析法などに及んでいる。 電気化学は電極間に加えた電圧は化学反応の駆動力、電流は反応量を表すため、ほとんどの…

  • 電極の呼び方(カソード・アノード・陽極・陰極・正極・負極)

    電極の呼び方 ここでは、溶液と電極での電気化学反応の場合の電極の呼び方を分類します。 溶液側から電子が流れ込む電極はアノードといいます。 溶液側へ電子が流れる電極はカソードといいます。 電極の呼び方についてまとめると、下の表のようになります。 電極の呼び方 カソード アノード 電極上の反応 酸化反応 還元反応 電解系での別の呼び方 陽極 陰極 電池系での別の呼び方 負極 正極 二次電池では、充電のときには、負極で還元反応、正極で酸化反応が起こることになります。

  • アルコール消毒の仕組み・70%アルコールが効果的な理由

    アルコールとは アルコールとは、炭化水素の水素(H)原子が、ヒドロキシ基(-OH)で置換された化合物(アルコール類)の総称です。 そのため、アルコールは親油性の部分と親水性の部分であるヒドロキシ基をもっています。 消毒や酒類の成分としてしられているものはアルコールのうちエタノール(エチルアルコール)である場合が大半です。2020年現在、消毒アルコールが入手困難なため、度数が70%程度の高濃度の酒類が消毒液としても代用できるといわれていますが、その理由の一つはこのように同じエタノールが使われているためです。 アルコール消毒の仕組み アルコールのうち、ここではエタノールを取り上げます。しかし、アル…

  • 【化学解説系Vtuber才媛テス子さん】合成甘味料とカロリーゼロの解説動画

    今回は、化学解説系Vtuberの才媛テス子さんによる合成甘味料とカロリーゼロに関する解説動画を紹介します。 カロリーゼロの清涼飲料水、コンビニなど身近なところで売られていますね。このカロリーゼロの理由となる合成甘味料が紹介する動画のトピックです。 合成甘味料としては、 ・アスパルテーム ・アセスルファムK ・スクラロース が紹介されています。 こういった合成甘味料が、なぜ甘く感じるのか、なぜカロリーゼロの商品に入っているのかが簡単に説明されています。筆者はアスパルテームを学生実験で取り扱った記憶があるので懐かしさも感じました。 後半では、サパやズルチンなどの危険で現在使用されていない甘味料も紹…

  • 論文の流し読み・ななめ読みのポイント

    研究室に配属された大学生や大学院生、研究者を論文を読み、最新の研究成果の知見を得たり分野の動向を把握します。 この多くの論文を読む過程の中で必要な技術の一つに”論文の流し読み”があります。ななめ読みということもあると思います。ここでいう”論文の流し読み”とは論文にざっと目を通し、要点だけを把握することです。また、しっかり読み込む必要のある論文かそうでないかの判断をすることにも繋がります。 "理系研究者のためのアカデミックライティング"という本の中で"論文の流し読み"の方法 (本の中ではプレリーディング技術やスキミングと訳されています)が載っていたため、ここで紹介します。 1. タイトルを読む …

  • 【化学解説系Vtuber才媛テス子さん】プラスチックの解説動画

    今回は、化学解説系Vtuberの才媛テス子さんによるプラスチックに関する解説動画を紹介します。 プラスチックとは、熱可塑性樹脂と中学校か高校の化学で習ったような記憶がありますが、”プラスチックとはなにか?”と、いざ問われると難しいなあと思います。 この動画では、プラスチックの定義について丁寧に説明されています。 プラスチックという一般的な日常用語の意味と科学的な性質としての定義の違い、そして熱可塑性について丁寧に説明がされています。 また余談であるレトロニム (再命名) という豆知識についても紹介されています。レトロニムという言葉は初めて知りました。 才媛テス子さんは説明が丁寧で分かりやすい解…

  • 【化学解説系Vtuber才媛テス子さん】日本酒の甘口辛口と化学の解説動画

    今回は、化学解説系Vtuberの才媛テス子さんによる日本酒の味や分類に関する解説動画を紹介します。 この動画では、日本酒の甘口や辛口の味の違いが化学寄りに解説されています。 日本酒を作るときは米をどのくらい削るかで、味が変わるくらいのことは知っていましたが(なにかの漫画で読んだような気がします)、その成分と味の詳しい関係などは知りませんでした。 日本酒の甘口と辛口の区分を決める日本酒度と酸度について詳しく説明されています。 日本酒度は比重と関係しているそうです。 そして、 水+アルコール+少しの味に関する成分→日本酒度がマイナス→辛口 水+アルコール+多めの味に関する成分→日本酒度がプラス→甘…

  • 酸化数・酸化数の規則・表記方法

    酸化数 酸化数とは、物質中のそれぞれの原子に対する酸化の状態を表す数値である。 酸化数が負の値の場合、中性の原子よりも電子を得ている状態となる。また、酸化数が正の値の場合、中性の原子よりも電子を失っている状態となる。 また、酸化数が増加した原子は酸化されたといえる。酸化数が減少した原子は還元されたといえる。そのため、酸化還元反応を扱う場合、便利な数となる。 酸化数の規則 酸化数を決定するために、4つの規則がある。 1:原子、単体の原子の酸化数は0とする。 単体は基準となる状態であるため、酸化数は0となる。 例:H原子のHの酸化数は0 H2のHの酸化数は0 2:イオンはそのイオン価がイオンの酸化…

  • 【図で解説】イオン化エネルギーと電子親和力の違い

    イオン化エネルギー イオン化エネルギーは原子のうちの最外殻 (一番外側) の電子が原子の電子軌道から離れ自由電子になるために必要なエネルギーである。 上の図はイオン化エネルギーを受け取ったときの軌道の様子を表したエネルギー図である。エネルギー図は上のほうがエネルギーが高いということだけわかれば、読み解くことができる。 原子の最外殻に存在する電子はイオン化エネルギーを受け取ると自由電子 + 陽イオン(原子から電子が一つ抜けたイオン)になる。 この図からイオン化エネルギーは電子を一つ引き抜くために必要なエネルギーということが理解できる。 電子親和力 電子親和力は自由電子が、原子の最外殻に入ったとき…

  • 3つの中和:酸と塩基・正と負の電荷・毒素と抗体

    3つの中和 一般的に異なる性質をもつものが混ざり、互いの性質を消しあうことを中和という。特に化学では、酸と塩基の中和、正の電荷と負の電荷の中和、毒素と抗体の中和という意味で使われることがある。 酸と塩基の中和 酸と塩基が反応し、酸の酸性、塩基の塩基性が互いに打ち消されることを酸と塩基の中和反応という。 例えば、酸HAと塩基BOHが反応し中和反応が起こると、水H2Oと生成物である塩ABが生じる。 HA + BOH → AB + H2O このように中和反応が起こると、酸性を示すH+や塩基性を示すOH-が打ち消される。また、この中和反応は、反応速度が大きく、発生する熱量も大きいという特徴がある。この…

  • 電子殻:同じ量子数をもつ電子

    電子殻とは 電子殻とは、原子を構成する核外電子の中で、同じ量子数をもつ電子の群のことである。 電子殻という考え方は、原子を、卵のように中央の正電荷をもつ原子核(卵の黄身)と、そのまわりに電子の存在する場所が殻のようにある原子模型を考えている。 そして、原子核の最も近い電子殻をK殻、原子核に2番目に近い電子殻をL殻、原子核に3番目に近い電子殻M殻とアルファベットのKから順番に名付けられている。 また、各電子殻には電子の数に制限があり、ある数以上の電子は電子殻に入ることはできなくなる。電子の数は、K殻では2個まで、L殻では8個まで、M殻では18個までと決まっている。この電子の個数はを整数とすると、…

  • 超ウラン元素:自然界に存在しない元素

    超ウラン元素 地球上に存在する元素のうち、自然界に存在する元素は、原子番号92のウラン(U)までであるといわれている。 この原子番号92のウランよりも原子番号の大きい元素を超ウラン元素という。原子番号92のウラン以降の元素は、日本で話題になった原子番号113番のニホニウムなど、現在知られている原子番号の最大の元素である原子番号118番のオガネソン(Og)までの元素が超ウラン元素ということになる。 また、この超ウラン元素は天然に存在しないため、人工的に作られた人工放射性元素である。さらに超ウラン元素は放射性元素であるため、不安定である。 一般的に超○○元素という場合は、その元素よりも原子番号の大…

  • 原子番号:原子核中の陽子の数

    原子番号とは 原子番号とは原子核中の陽子の数である。 原子は陽子と中性子から構成されている原子核と、その周りに存在する電子によって構成されている。 このうち、陽子の個数が原子番号である。つまり、原子核中の正電荷の数が原子番号であるということもできる。中性の原子の場合、原子番号は核外電子の数ともいえる。 この原子番号は元素の種類を表す番号である。 元素の化学的な性質は、核外電子の数によって決定されるため、原子番号は元素の化学的性質を示す指標となる。 また、原子番号の順に元素を並べたものが、周期表である。

  • 内部エネルギー:静止している物質系の全エネルギー

    内部エネルギーとは 内部エネルギーとは、系内の分子全体のエネルギーから系全体がもっているポテンシャルエネルギーと系全体がもっている運動エネルギーを除いたエネルギーである。 内部エネルギーは記号ではやで表される場合が多い。 系内にある物質のもつエネルギーとしては様々なものが考えられる。 しかし、化学で内部エネルギーを考える場合は、様々なエネルギーのうち、重力による位置エネルギーや物体が電界中に存在する場合に生じる電気的位置エネルギー、素粒子を結び付けている核エネルギーなどは、化学変化に関係しないため、あまり考えない。 そういったエネルギー以外の内部エネルギーを構成するエネルギーとして次のようなも…

  • 【状態方程式】圧力×体積=エネルギーであるということ

    理想気体の状態方程式 系の圧力を、体積をとする。理想気体の状態方程式は次のように表される。 左辺の単位 この圧力の単位はPa = N m-2 は(N・m)×m-3 = J m-3 と書くことができる。 体積の単位は、m3 である。 よっての単位はJ m-3 ×m3 = Jであり、エネルギーであることを表す。 つまり、圧力×体積はエネルギーを表すということができる。 右辺の単位 当然、状態方程式の右辺の単位もエネルギーを表す。 の単位はmolである。気体定数は = 8.314 J mol-1 K-1 である。温度の単位はKである。 よっての単位は、mol× J mol-1 K-1 × K = J…

  • 分子式・構造式・構造式の簡略表現

    分子式 分子式は分子を構成する原子の種類と個数を表したものである。 水の分子式はH2O、メタンの分子式はCH4である。例えば、H2Oは水素原子2個と酸素原子1個で構成されていることを表す。 構造式 分子を構成する原子の種類と個数が、それぞれどのような順序で結合しているかを表している式が構造式である。 例えば、分子式がC3H8の分子を構造式で表すとCH3CH2CH3となる。結合をわかりやすく書くと、次のようになる。 構造式 特に有機化合物は炭素数が多くなると同じ分子式でも複数の構造が考えられるため、構造式で表すことが重要となる。 構造式の簡略表現 有機化合物では構造式が重要となるが、実際にすべて…

  • 面間隔と単位格子の体積の計算式

    面間隔 指数の隣り合った面間の距離は次の関係で求めることができる。ただし、格子定数を、単位格子の体積をとする。 立方晶: 正方晶: 斜方晶: 六方晶: 単斜晶: 三斜晶: 単位格子の体積 また、単位格子の体積は次の式で求められる。 立方晶: 正方晶: 斜方晶: 六方晶: 単斜晶: 三斜晶:

  • レナードジョーンズポテンシャル:2分子間のポテンシャルエネルギー

    レナードジョーンズポテンシャル 孤立した2分子間、もしくは2個の希ガス原子間のポテンシャルエネルギーを表すポテンシャル関数として、レナードジョーンズポテンシャルがある。 は距離にある2分子間のポテンシャルエネルギーを表す。 、は分子や希ガス原子特有の経験的に得られる定数である。また、、はその気体の第二ビリアル係数から決定することができる。 また、右辺の第一項は反発エネルギー、第二項は吸引エネルギーを表す。 一般的に、となる場合が多く、その場合レナードジョーンズの6-12ポテンシャルともいう。また、の項は長距離の引力を表し、の項は短距離形の相互作用に基づくものである。

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