化学徒の備忘録

銀塩化銀電極(Ag/AgCl)と可逆水素電極(RHE)の電位の換算方法

銀塩化銀電極(Ag/AgCl)と可逆水素電極(RHE)の電位の換算式 銀塩化銀電極(Ag/AgCl)と可逆水素電極(RHE)の電位はpHの影響を考慮して、次の式で換算することができる。 E(RHE) = EAg/AgCl + 0.059 pH + EoAgAgCl またEoAgAgClは25℃では次の値である。 EoAgAgCl = 0.1976 V

2021/09/28 15:50

【化学クイズ】25℃の水のpHを求める

25℃の水のpHを求めよう 水のイオン積は25℃の場合である。 純水の25℃でのpHを求めよう。 解答編 pHは水素イオン濃度の対数なので、まずは水素イオン濃度を求めます。 水の電離平衡は、次のようになります。 2H2O ⇄ H3O+ + OH- 反応後のをxと置くと、次のように整理できます。 H2O H3O+ OH- 反応前 56 0 0 反応後 56-2x x x 水のイオン積の式より反応後について下の式が成り立ちます。 よって、次の式が成り立ちます。 ここからわかりやすく、[H3O+]は単に[H+]と書きます。 水素イオン濃度[H+]の対数を取ることで、次の式のようにpHが求められます。…

2021/09/28 15:35

【化学クイズ】40℃の水の水素イオン濃度

40℃の水の水素イオン濃度を求めよう 水のイオン積は40℃の場合である。 純水の40℃でのを求めよう。 解答編 水の電離平衡は、次のようになります。 2H2O ⇄ H3O+ + OH- 反応後のをxと置くと、次のように整理できます。 H2O H3O+ OH- 反応前 56 0 0 反応後 56-2x x x 水のイオン積の式より反応後について下の式が成り立ちます。 よって、次の式が成り立ちます。 よって、が答えになります。 補足：H2Oの56 mol/Lについて 1Lの水には1000/18 = 56 molのH2Oを含んでいます。そこで、通常は[H2O] ≒ 56 mol/L =一定 が常に成…

2021/09/28 14:44

【化学クイズ】25℃の水の水素イオン濃度

25℃の水の水素イオン濃度を求めよう 水のイオン積は25℃の場合である。 純水の25℃でのを求めよう。 解答編 水の電離平衡は、次のようになります。 2H2O ⇄ H3O+ + OH- 反応後のをxと置くと、次のように整理できます。 H2O H3O+ OH- 反応前 56 0 0 反応後 56-2x x x 水のイオン積の式より反応後について下の式が成り立ちます。 よって、次の式が成り立ちます。 よって、が答えになります。 補足：H2Oの56 mol/Lについて 1Lの水には1000/18 = 56 molのH2Oを含んでいます。そこで、通常は[H2O] ≒ 56 mol/L =一定 が常に成…

2021/09/28 14:38

【化学クイズ】一酸化炭素と二酸化炭素の結合の長さ

一酸化炭素と二酸化炭素の結合の長さの比較 一酸化炭素(CO)の炭素と酸素の結合であるC-Oの長さは113 pmである。一方で、二酸化炭素(CO2)の二重結合C=Oの長さは116 pmである。 二酸化炭素の二重結合C=Oより、一酸化炭素の炭素酸素結合C-Oの長さのほうが短い理由を説明しましょう。 解答編 一般的に結合距離は下のような関係になっている。 単結合の結合距離 > 二重結合の結合距離 > 三重結合の結合距離 つまり、一酸化炭素の炭素酸素結合C-Oの長さが二酸化炭素の二重結合C=Oより長いということは、三重結合に似た状態になっていると考えられる。 そこで、一酸化炭素の炭素酸素結合C-Oの共…

2021/09/28 03:23

水の水素イオン濃度・pHを求める計算方法

水のみの場合の水素イオン濃度・pHを求める計算方法です。 水のみの水素イオン濃度・[H3O+]・[H+] 水の電離平衡は、次のように表されます。 H2O + H2O ⇄ H3O+ + OH- よって平衡定数式は次のようになります。 しかし上の式を計算で使う場合は少ないです。なぜなら、1Lの水には1000/18 = 56 molのH2Oを含んでいます。そのうち、上の式の反応をする分子は10-7 mol程度です。 そこで、[H2O] ≒ 56 mol/L =一定 が常に成り立っているとして、[H2O]を定数として扱います。すると平衡定数式は次のようになります。 この水の電離に関する平衡定数を水のイ…

2021/09/27 23:30

【化学クイズ】10℃の水の水素イオン濃度

10℃の水の水素イオン濃度を求めよう 水のイオン積はは10℃の場合である。 純水の10℃でのを求めよう。 解答編 水の電離平衡は、次のようになります。 2H2O ⇄ H3O+ + OH- 反応後のをxと置くと、次のように整理できます。 H2O H3O+ OH- 反応前 56 0 0 反応後 56-2x x x 水のイオン積の式より下の式が成り立ちます。 よって、次の式が成り立ちます。 よって、が答えになります。 補足：H2Oの56 mol/Lについて 1Lの水には1000/18 = 56 molのH2Oを含んでいます。そこで、通常は[H2O] ≒ 56 mol/L =一定 が常に成り立っている…

2021/09/27 18:16

【化学クイズ】完全燃焼から組成式を求める方法

完全燃焼から組成式を求めよう C、H、Oから構成される物質10.0 mgを完全燃焼させた。このとき、26.4 mgのCO2と6.0 mgのH2Oが生じた。この物質の組成式を書きましょう。 原子量はH = 1.0、C = 12.0、N = 14.0、O = 16.0とする。 解答編 組成式CaHbOcNdは各元素の原子数の比を表すものです。未知の物質の組成式を求めるには、未知の物質をある一定量取ります。そして、その未知の物質の中に含まれる各元素の原子数をモル単位で求めて、その比をとります。 C原子とH原子の数は、完全燃焼させることで求めることができます。 未知の物質のCが1個につき、完全燃焼させ…

2021/09/27 16:00

【高校化学】還元剤・酸化剤総まとめ

高校化学で登場する還元剤と酸化剤について表にまとめました。 還元剤：電子(e-)を放出 還元剤総まとめ表 還元剤は電子を放出して、他の物質を還元する物質です。ある物質を還元するとき、還元剤自身は酸化されます。 酸化剤：電子(e-)を吸収 酸化剤総まとめ表 酸化剤は電子を吸収して、他の物質を酸化する物質です。ある物質を酸化するとき、酸化剤自身は還元されます。

2021/09/27 14:31

22.4L/molを計算で使うときのライフハック

計算で22.4を使うときのライフハック 理想気体のモル体積は22.4 L/molという値を計算で使うことがあると思います。 この計算を行うときのテクニックです。 上の関係を覚えておくだけで、計算が楽になることがあります。

2021/09/23 21:12

【化学クイズ】過酸化水素水と過マンガン酸カリウムの酸化還元滴定

過酸化水素水と過マンガン酸カリウムの酸化還元滴定について考えよう 過酸化水素水1.00 mLに水を加えて200 mLにした。そのうちの20.0 mLをとり、希硫酸を加えて強酸性にした。この溶液に0.010 mol/Lの過マンガン酸カリウム溶液を、その色が消えなくなるまで滴下したところ、25.2 mL必要だった。 最初の過酸化水素水の濃度は質量%でいくらでしょうか。 ただし、過酸化水素水の密度は1.07 g/mL、H2O2の分子量は34とします。 解答編 まず過マンガン酸カリウム(KMnO4)と過酸化水素(H2O2)のどちらが、酸化剤でどちらが還元剤かを考えます。 KMnO4はMnの酸化数は+7…

2021/09/23 20:26

【化学クイズ】プロパンの完全燃焼に必要な空気の量

プロパンの完全燃焼に必要な空気の量はいくらでしょう 8.8 gのプロパンを完全燃焼させるには、空気(今回はモルの割合をN2 = 80%、O2 = 20%とする)は何g必要でしょうか。 ただし、原子量N = 14、O = 16、分子量C3H8 ＝44とする。 解答編 プロパン(C3H8)を燃焼で、酸素(O2 )と反応させたときの反応式は以下のようになります。 C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O まず、完全燃焼したときのプロパン(C3H8)と空気のモル比を考えると次のようになります。 C3H8 ： O2 ： 空気 = 1：5：5×5 =1：5：25 次に窒素(N2)の分子量は28、酸…

2021/09/23 19:30

【化学クイズ】水分子の結合角について

H2OとH2O+の結合角を比べよう H2O分子の∠HOHの結合角と、H2Oから電子1個取り除いたH2O+の∠HOHの結合角はどちらが大きいでしょうか。 解答編 水分子の結合角はsp3混成軌道に由来している。具体的には2つのO-HとO上の2つの非共有電子対の合計4つが反発するように正四面体を形成している状態で配置されている。 そして、H2O+は酸素上の非共有電子の4つのうち1つが減少して、電子が3つになっている。このとき電子が減ったために、非共有電子対とO-Hの電子対同士の反発が減少することになる。その結果、H2O+の∠HOHの結合角のほうが、H2O分子の∠HOHの結合角よりも大きくなる。 実際…

2021/09/23 00:29

【化学クイズ】過マンガン酸カリウムを使う酸化還元滴定について

過マンガン酸カリウム水溶液を使った酸化還元滴定について考えよう 硫酸酸性下のFeSO4水溶液25 mLを0.010 mol/LのKMnO4水溶液で滴定した。その結果KMnO4水溶液が20 mL必要だった。このときのFeSO4水溶液の濃度を求めましょう。 解説編 酸性下のKMnO4は酸化力が大きい。そのため、酸化剤はKMnO4、還元剤はFeSO4である酸化還元反応と考えることができる。 また電子を放出するのはFe2+と考えることができる。 そこで半反応式を書くと下のようになる。 酸化剤の半反応式：MnO4- + 5e- + 8H+ → Mn2+ + 4H2O 還元剤の半反応式：Fe2+ → Fe…

2021/09/22 21:04

【化学クイズ】塩素の同位体について(原子量・分子の種類・存在比・分子量)

塩素の同位体について考えよう 天然では、塩素原子は3517Clと3717Clの2種が存在する。そしてその存在比は3517Cl：3717Cl = 3：1である。 1: 塩素の原子量 2: Cl2の種類は何種類存在するか 3: 上の数種類Cl2の存在比 4: Cl2の分子量 上記の4つの量を求めましょう。 解答編 1: 塩素の原子量 原子量は原子の質量であり、原子質量単位(amu)/個の単位で表される量です。 そして各元素ごとに、それを構成する原子について原子量を求めるのですが、このクイズの塩素の同位体のように元素を構成する原子には2種類以上の種類があります。そこで原子量を求めるときは、存在比をも…

2021/09/22 20:59

【化学クイズ】同位体が存在する原子の原子量の計算・原子量の求め方

原子量を計算しよう 天然に存在するルビジウムは2種の同位体が存在する。 ルビジウム85の質量は84.9118 u、存在比は72.165%である。 ルビジウム87の質量は86.9092 u、存在比は27.835%である。 ルビジウムの原子量を計算してください。 解答編 原子量の計算は以下の式で求めることができます。 全ての粒子を集めたときに、各粒子が何%質量に寄与しているかを考えている式です。 今回のクイズの条件で実際に計算すると下の式で原子量は85.4678と求めることができます。

2021/09/22 06:42

【化学クイズ】キセノンの同位体のなかの異常な存在比を考える問題

【化学クイズ】キセノンの同位体のなかの異常な存在比 キセノンの同位体存在比を下の表に表す。 キセノンの質量数と同位体存在比 同位体存在比にみられる一般的な傾向から判断して、これらの同位体のなかに異常な存在比を示すものがある。それはどれでしょうか？ 解答編 異常な存在比のキセノンとしては、大きく2つの条件に該当するものであることが考えられる。 1つめはキセノンは原子番号が54番と偶数番号の元素であるにも関わらず質量数が奇数である条件が考えられる。 2つめは、最も安定な同位体キセノン132からの質量数の差が大きいという条件が考えられる。 上の2つの条件に最も合致するキセノンはキセノン129である。…

2021/09/22 06:23

【化学クイズ】元素か単体の意味で使われている単語

【化学クイズ】元素or単体の意味で使われている単語を選ぶ問題 文章の中の下線部の単語は元素と単体のどちらの意味で使われているでしょうか？ 1: 臭素は赤褐色の液体である。 2: 二酸化炭素は酸素と炭素の化合物である。 解答編 原子を陽子数で区別し、陽子数の異なる原子を1つの独立した物質種とみたときに、これを元素といいます。つまり元素とは同じ陽子数の原子の集団を指している言葉だと考えることができます。 一方で、単体は同じ元素の原子の集合体のことです。 1:の文中の臭素は臭素分子(Br2)という具体的な物質、つまり単体であることを表しています。 2:の文中の酸素と炭素はそれぞれ酸素原子と炭素原子の…

2021/09/22 05:56

【化学クイズ】原子・イオンの電子配置の書き表し方

原子、イオンの電子配置を書き表わせ 1: Li 2: Li+ 3: Ne 4: Ca 5: Ca2+ 6: Fe 7: Fe3+ 上記の原子、イオンの電子配置について A: O=K2L6 B: O = 1s2 2s2 2p4 の2通りの書き方で書いてください。 解答編 原子核の周りの電子は電子軌道という位置に分布しています。そこで、各原子の電子がどの電子軌道に入っているのかという電子配置を書き表わすことが今回のクイズです。 AはK殻やL殻という殻のどこに電子が入っているかを、電子の数を上付きの数字で表わしています。 Bは1s軌道や2s軌道のどこに電子が入っているから、電子の数を上付きの数字で表…

2021/09/21 13:40

元素記号と質量数、原子番号(陽子数)の表記の仕方

元素記号と質量数、原子番号(陽子数)の表記の仕方 原子核は陽子と中性子で構成されています。この原子核の中の陽子の数を原子番号、陽子の数と中性子の数の合計を質量数といいます。 また原子は原子番号によって化学的な性質が違うため、原子番号に対応した元素記号が決められています。例えば原子番号1の水素はH、原子番号6の炭素はCとなります。 そこで、原子番号と質量数と元素記号を一緒に表すときには、ルールが決められています。元素記号の左上に質量数、元素記号の左下に原子番号を書きます。 元素記号と原子番号、質量数の表し方 原子番号を省略する場合もあり、12Cや13Cのように表記することもあります。この場合の読…

2021/09/19 16:19

【化学クイズ】陽子数と電子数を求める

クイズ：陽子数と電子数を求める 1: 3Li 2: Li+ 3: Cl 4: Cl- 上の1~4の粒子の陽子数と電子数を求めよう。 解答編 陽子数や電子数を考えるときは、原子番号から考えるとスムーズです。 1と2のLiの原子番号は3です。そして原子番号と陽子数は同じ数です。また元素記号の左下に書いてある数字は陽子数です。そのため、1: 3Liの陽子数は3です。またイオンではないため、陽子数と電子数は同じとなります。そのため1: 3Liの電子数は3です。 答え1: 3Li 陽子数=3 電子数=3 2は1と同じリチウムですが、1価の陽イオンです。そのため、電子の数が陽子数よりも一つ少なくなっていま…

2021/09/19 15:07

質量数とは

質量数とは 質量数 (mass number) とは一つの原子核を構成する陽子の数Zと中性子の数Nの和(総数)のことです。また質量数に含まれる陽子と中性子を合わせて核子といいます。 一般的には、質量数をAで表すことが多く、関係を式で書くとA=Z+Nとなります。 原子は陽子と中性子と電子によって構成されていますが、電子の質量は陽子や中性子よりも非常に小さい(約1840分の1)ため、質量数は原子の質量の目安になります。 質量数を指定すると、原子や原子核の種類が指定されることになります。 質量数を原子記号と一緒に書く場合には原子記号の左上に書くことになっています。例えば質量数12の炭素原子の場合、1…

2021/09/17 21:29

【化学クイズ】原子番号と質量数の関係について

原子番号と質量数に関するクイズ 原子番号がZ、質量数がAの原子があります。この原子が1価の陰イオンになった場合、陰イオン1つに含まれる中性子数と電子数はいくらでしょうか？ 解答を考えていきます。 原子番号と陽子数、電子数には次のような関係があります。 原子番号=陽子数=イオンになっていない原子の電子数 また質量数はその定義から、次のような関係があります。 質量数=陽子数+中性子数 このクイズでは原子番号=陽子数=Z、質量数=Aなので中性子数は次のように定めることができます。 中性子数=質量数-陽子数=A-Z この原子が1価の陰イオンになったということは、電子が1つ増えたということを示しています…

2021/09/16 08:05

【化学クイズ】溶液の希釈のときの体積の変化について

化学クイズ 90%の濃硫酸(密度1.809 g/mL)に水 (密度1.000 g/mL)を加えて30%の希硫酸(密度 1.215 g/mL)を1000 mL作った。この混合のときに硫酸と水の体積をあわせた全体積は何mL変化するだろうか。 ここでは90%濃硫酸の密度1.809 g/mL、水の密度1.000 g/mL、30%希硫酸の密度 1.215 g/mLとする。 解答編 この問題もわかりにくいときは図を書いてみるといいかもしれません。 ここでは硫酸水溶液の体積を、加えた水の体積をとしましょう。 まずは硫酸の質量に対して式をたてます。 また全体の質量に着目すると、次の式が立てられます。 この上の…

2021/09/12 21:27

化粧品と界面活性剤

特に女性が気にするような化粧品の話です。実は界面活性剤は身のまわりでも多く使われており、その代表の1つが、化粧品です。 洗顔用化粧品 洗顔料は、肌表面を清潔に保つために用いる基本的な基礎化粧品です。 この洗顔料の剤型は、界面活性剤を比較的多く配合しているものがあります。これは使用時には水を加え泡立てて使用する「界面活性剤型」のものと、使用時に顔で汚れと充分なじませた後、拭き取りまたは洗い流す油分、保湿剤などを用いた「溶剤型」の二つに分類されます 洗顔料に用いられる界面活性剤は、脂肪酸せっけん、アミノ酸系界面活性剤(アシルグルタミン酸塩)、アシルメチルタウリン、ポリオキシエチレン(POE)、アル…

2021/09/12 21:11

【化学クイズ】希釈の計算問題~必要な試薬量は？~

試薬の希釈に関するクイズです。研究室でもよく計算する人を見かけます。 希釈の問題に取り組んでみましょう 密度1.20 g/mLでHClを35質量%含んでいる塩酸を薄めて0.05 mol/Lの希塩酸を500 mL作ろうとしている。塩酸の分子量は36.5とする。 このとき塩酸は何mL必要だろうか。 ここでは求める値を mLとしましょう。両辺に塩酸に関する式を立てると解くことができます。500 mL = 0.5 Lといった単位の変換に注意をして式を立てられると簡単に解くことができます。 どうしても理解できない人は、希釈前の図と希釈後の図を描き、わかっていることを記入すると理解が早いかもしれません。

2021/09/12 10:30

【化学クイズ】質量%濃度から容量モル濃度・質量モル濃度を求める。

化学クイズです。よくある濃度計算の問題です。 分子量Mの物質Aのa質量%水溶液の密度は d g/mLであるとします。 このとき、 容量モル濃度 質量モル濃度 を計算してください。 この問題は濃度がわかっている状態で、別の表し方で濃度を書くことができるかという問題です。 容量モル濃度 容量モル濃度は溶液中に含まれる溶質のモル数を表します。そのため単位はmol(A) / L(全) となります。 まず質量%濃度の溶質の量の単位をgからmolに変換する必要があります。 これは、g/molで割るとと変換できます。これはモル質量がg/molであることを利用すればいいとわかります。 次に溶液全体の量はmLで…

2021/09/12 10:12

【化学クイズ】濃度に関する計算問題

化学クイズです。今回は濃度に関する計算を紹介します。 ここでは分子量Mの物質A n molをv mL中に含む密度d g/mLの水溶液があると考えます。 また水の分子量をM0とする。 この時、 容量モル濃度 質量モル濃度 質量%濃度 モル分率(濃度) を考える。 1.容量モル濃度 容量モル濃度は溶液中に含まれる溶質のモル数を表す。そのため単位はmol(A) / L(全) となる。 そこで計算は となる。 2. 質量モル濃度 質量モル濃度は溶媒1 kg中に溶けている溶質の物質量(モル数)を表す。 そのため単位はmol (A)/ kg (溶媒) となる。 水の質量は全体の質量から物質Aの質量を引き算…

2021/09/12 09:39

【化学クイズ】物質量molを求める計算方法

基礎的ですが、molが絡んでくる計算は苦手という方は多いのではないでしょうか？ いくつか条件わけして、解説していきます。基本的には単位に注意して単位にmolが残るように計算していくと、簡単に解けます。 物質のmolを求める問題 考え方 単位が(〇/mol)もしくは(mol/〇)となっている数値に目を付けます。 ある物質が数値X (〇)の単位である物質には(mol/O)をかけると（mol)が導けます。 〇/molの数値では、ある数物質の値 X (〇) となっている数値を〇/molで割ると(mol)が導けます。 単位に注目して具体的に式で書くと次のようになります。 具体例1 (g/mol)が出てき…

2021/09/12 08:57

【化学クイズ】基準となる原子量が変わったら実際の値はどう変わる？

化学クイズ たまには息抜きに化学のクイズなどいかがですか？ 原子量がもし変化したら、実際の数値はどのように変化するかを考えてみる。 ここでは12C = 12を12C = 24として考えてみよう。このとき、 12C の原子1個の質量 (g) 気体定数 純水のpH このとき上記の値がどのように変化するかを考察する。 解説編 この問題では12C = 12を12C = 24として考えることになっています。これはつまり2倍の差です。これによってアボガドロ数は6×1023から2×6×1023にことになります。 これによって1mol の示す量が2倍になります。 わかりやすくまとめると、〇を単位とすると、〇/…

2021/09/12 08:04

電子のスピン磁気モーメントとゼーマン効果

電子のスピン 電子はスピン(自転運動)をしていることによって、磁性が現れる。ここでは、この磁性について考えていく。 電子は自転に対応するスピン角運動量をもつ。ここではプランク定数をで割った量である。は大きさの無次元の角運動量演算子でスピンと呼ばれる。 スピンは成分が で定義されるパウリのスピン演算子を用いて、次のように表される。 電子スピンの大きさが整数ではなくであることは、ゼーマン効果の観測、シュテルンゲルラッハの実験、電子がフェルミ統計に従うことによって証明されている。 スピン磁気モーメント 電荷をもつ粒子が自転をすると、自転軸のまわりに小さな円電流が生じる。そのため、粒子は磁気モーメント…

2021/09/01 09:09