化学入門足利裕人物質が何ででき，どのような構造を持ち，どのように変化していくかを解き明かそうとした先人達に学び，化学の基本原理や法則が産まれた歴史的過程や，現代の科学技術の根底となった経緯を学びます。また，簡単な実験やシミュレーションを行い，日常経験する内容を中心に問題解決を行います。このプレゼンの場所  Googleで”ashi”→ashiさんの部屋化学ってどんなイメージ  まさか！？ ◦ 化学超男子（Chinese） ◦ 케미스트리（韓国語）化学の化  化ける  化粧  化合（ばけあい）  化学（ばけがく）→どのような仕組みで化けるのか  授業計画                 第１回人間生活と化学とのかかわり第２回物質の構成粒子と周期表第３回物質と化学結合第４回物質量と化学反応式第５回酸・塩基と中和第６回酸化と還元第７回溶液の性質第８回物質の状態と平衡第９回化学反応とエネルギー第１０回化学反応と化学平衡第１１回無機物質と人間生活第１２回有機化合物の性質第１３回有機化合物と人間生活第１４回高分子化合物の性質第１５回高分子化合物と人間生活第１６回試験到達目標と評価物質を構成する成分組成や構造を理解し，原子や分子，電子等の微視的視野で，物質の生成と分解の反応のしくみや，他物質との間に起こす反応のしくみを理解することを目指します。  毎回のコミュニケーションシート（理解度，講義コメント，感想等）、課題レポート，学習態度等で４０％，定期試験で６０％の合計で評価します。  あなたの化学知識はいかほど？ ○×を付けましょう。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 蜂の毒は蟻酸。アンモニア水で中和する西瓜は冷やすと甘さが減る 50円玉はニッケルなので磁石につく銅はダイヤモンドより４倍多く熱を伝える胃液の塩酸は胃を溶かすほど強くない魚に酢やレモン汁をかけると臭みが消えるマイナスイオンは水が分解したOH-の気体だコラーゲンを食べるとコラーゲンが増えるジャガイモの新芽の毒は迷信だアルカリ性食品はアルカリ性だ                11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 アルカリイオン飲料はアルカリ性だスノーガンで水を撒いて雪を作ると気温が下がる凍結道路に塩を撒くと，凝固点降下でさらに凍るゴムを温めると伸びる伸ばした輪ゴムを急に縮めると冷たくなる酸化とは酸素と化合することだ洗濯糊（ＰＶＡ）はプラスチックだアルコールの氷は液体のアルコールの上に浮くアルカリイオン水はダイエット効果があるゲルマニウムローラーは皮膚を活性化するチタンブレスレットは電流効果で肩こりが直る花火は水中で燃えるバナナの匂いと人工のバナナエキスとは同じ成分ナメクジに塩をかけると体重が半分になるアイソトニック飲料は胃での吸収が速いコラーゲンタンパク質は、胃で消化酵素（ペプシン）が働き、ペプトンに分解、小腸で消化酵素（ペプチターゼ）で、アミノ酸に分解、毛細血管に入って肝臓に集まり、一部はタンパク質、一部は、アミノ酸のまま体中へ。さまざまなタンパク質合成の材料  コラーゲンは、真皮、靱帯、腱、骨、軟骨などを構成するタンパク質のひとつ  髪の毛食べる、脳食べる？  ヒアルロンサン   ごはんや芋のデンプンは、口の中の消化酵素α-アミラーゼで分解され、十二指腸で膵液アミラーゼにより再び分解され、オリゴ糖に分解されます。これが小腸粘膜の消化酵素でグルコース等に分解され、身体中に行きわたります。ヒアルロン酸は、このグルコースから作られます。濃度が高いのは、へその緒（臍帯）、関節液、目の硝子体、皮膚などです。皮膚の保湿を保つヒアルロン酸は真皮層と基底細胞の周辺で、また、間接液は骨膜で作られます。ゲルマローラー、チタンブレスレット以下はある通販サイトの文です。チタンは、マイナスイオン効果で身体が元気になる、とても不思議な金属です。「人体に装着することで電流が効果的に発生し、疲労回復、肩こりの緩和、運動能力の向上などの効果があると言われています。  ゲルマニウムは、体温の接触面の温度が32℃以上になるとマイナスの電子が飛出し、その電子的特性により体の細胞内の電流バランスを整えてくれると言われています。チタンもゲルマニウムもノンアレルギーなので、金属アレルギー・敏感肌の方にも安心してお使いいただけます。  注：チタンは酸化して表面に不動態ができ、錆びにくい。  ゲルマニウムは周期表で第32番目の元素   解説 1 × 蜂の毒はアミン（ヒスタミン等→腫れ）、低分子ペプチド、酵素など。抗ヒスタミン剤、ステロイド等で治療する 2 × 西瓜の甘味は主に果糖。果糖は冷やすと甘味を増す 3 × 昭和30～33年と昭和34～41の50円玉はNi。自販機で中止実 4 × ダイヤモンドは銅より2.5～5倍多く熱を伝える 5 × 胃壁は粘液を分泌して胃酸を防御。胃液は金属を溶かすほどの強い塩酸と、胃袋ぐらい軽く消化しちゃうペプシンが主成分 6 ○ 酢で魚の悪臭の元、トリメチルアミンを中和。脇の下も有効 7 × マイナスイオンは実在しません 8 × コラーゲン（膠）はアミノ酸で吸収され、皮膚や髪や爪等不足している部分へ行く 9 × 天然毒素であるソラニンやチャコニンが多く含まれている。下痢、おう吐、腹痛、頭痛などを起こす 10 × 食物の灰を水に溶かし、その水溶液のpHを計測する。野菜、果物、海草等。梅干しはアルカリ性食品だが酸性実  11 実  12  13  14  15 × アルカリイオン飲料やコーク等糖類も多く酸性 × × × ○ 水→雪で空気中に凝縮熱がでて、気温が上がる凝固点が下がって氷が溶けるゴムを温めると縮む実伸ばした輪ゴムを急に縮めると冷たくなる実  ゴムは常温で、分子がぶるぶる震えている→伸ばすと、分子が揃って震えていた運動ができなくなる→その分のエネルギーを熱として放出する  16 × 酸化とは電子を失うこと  酸素が化合する反応、あるいは、物質が水素を奪われる反応  17 ○ 洗濯糊（ＰＶＡ）はプラスチックだ水に溶ける高分子  http://www.food.sugiyama-u.ac.jp/lab/shokuan/youki/p14.htm  18 × アルコールの氷は液体のアルコールに沈む動画  液体が固体になると、通常体積は減る  19 ○ → 密度が高くなる。水は例外アルカリイオン水で胃腸を痛める  20  21  22 × ゲルマニウムは何もしない × チタンは何もしない ○ 花火は空気が無くても燃える動画動画  成分：硝石（酸素を出す）、イオウ、木炭、Sr（紅）やCu（青）の塩塩素酸カリウム KClO3 酸化剤。加熱により酸素を放出  23 ○ バナナの匂いと人工のバナナエキスとは同じ  匂い成分は酢酸イソアミル。メロンや日本酒にも含まれる  製法：酢酸、イソアミルアルコールを軽く混ぜ、硫酸で脱水  24 ○  URL ナメクジに塩をかけると体重が約半分になる http://www42.tok2.com/home/ashi58/ashi/science/slug/osp.ht m  塩振り前 0.21g 後 0.10g  塩振り前 0.32g 後 0.17g  25 × 胃液の酸性が強くて影響は無い化学を使った詐欺商法にかからないために  アルカリイオン水の原理 ◦ Ca2+を加えて電気分解すると各極に集まるイオンは ◦ 陰極： H+→H2↑, Ca2+ ･･･ OH- がやってくる → アルカリ性 ◦ 陽極： OH- →O2 ↑,Cl-･･･ H+がやってくる → 酸性  胃の中の塩酸HClのpH=2 ◦ 少々のアルカリを飲んでも ◦ 影響無し人間生活と化学とのかかわり  「化学」で連想する言葉は？ ◦ 薬、化粧品、合成、触媒、化学変化、化学反応、分析、酸とアルカリ  化学の役割→ 物質の学問[性質・変化] ◦ 物質の正体を突き止める分析 ◦ 新しい物質を作る工業  例：プラスチック  安い、軽い、割れにくい、成形しやすい（熱可塑性）錆びない、腐らない → 環境（生分解性）原子の電子配置  化学反応 → 最外殻電子の授受元素は変わらず C+O2→CO2 ◦ While 核反応 → 原子核(元素)が変化  ボーアの原子模型 ◦ 電子は一定半径の球殻面 → ◦ 閉殻：最大の電子数。安定 → 電子殻反応しない元素の周期表  H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca 水兵リーベ僕の船七曲がりシップスクラークか  Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr スコッチ暴露マン、徹子にどうも会えんが、ゲルマン斡旋ブローカー  http://www.popsci.com/files/periodic_popup.ht ml 元素はどこで生まれるか  140億年前のビッグバン ◦ 陽子と中性子の誕生 ◦ 以後，水素 77% ヘリウム22%の世界  星の誕生 ◦ 重水素→ヘリウム（核融合）→炭素  巨星内部 ◦ 炭素→ネオン→酸素→ケイ素→鉄  数億～数十億後 ◦ 超新星爆発鉄より重い元素 → 宇宙へ化学の歩み  元素概念タレス前640頃-546頃 ◦ あらゆる根源（アルケー）は水 ◦ プラトン４元素説を改訂前427-322 ◦ アリストテレス冷、熱、乾、湿前384-322  熱+寒=火、湿+熱=空気、冷+湿=水、乾+冷=土  気化：水の加熱の説明水+熱=(冷+湿)+熱=湿+熱=空気  原子概念デモクリトス前460頃-370頃 ◦ 世界は分割できない原子（atom）と空虚な空間からできている。いっさいの変化は原子の集合と離散に帰着する。原子は非常に硬くて分割できない（Quark）。 ◦ 無からは何物も生じないし、存在するものはすべて消滅しない → 2千年後「質量保存の法則」  錬金術(Chymeia) ヘレニズム文化紀元前1世紀より ◦ 母体：エジプトの科学技術、ギリシアの4元素転化説  アラビアの錬金術 ◦ バグダッド電池？サザン朝5～6世紀頃 ◦ 金属←硫黄＋水銀 ◦ 硝酸の発明  西欧錬金術 ◦ 1144年「錬金術の構成の書」→14,5世紀全盛 ◦ 「賢者の石」卑金属→貴金属、万病の秘薬 ◦ ホムンクルス（Homunculus）人工生命体  ゲーテ戯曲『ファウスト』で登場 ◦ 蒸留法と化学物質の知識に貢献ルネッサンスの化学  医療化学パラケルスス 1493-1541 ◦ 錬金術→医療品製造、医薬品の効能  秘術・魔術からの脱却水銀軟膏、エーテルの鎮静作用  鉱山冶金 ◦ ピリングッチオ「火工場について」  化学工業、ガラス細工  ◦ アグリコラ「鉱山の書」鉱物と金属、採鉱と経済機械論の登場機械仕掛けの世界数学で記述 ◦ ダ・ヴィンチ→ガリレイ、ベーコン、デカルト我思う故に我あり（元素は火・空気・土）自分の存在を考えることが自分の存在の証明 ◦ 原子論の復活（ガッサンディー）物質は微粒子の集合  カトリック教会による弾圧→対策  原子は均質粒子で神の与えた内的動力で運動する化学の自立と燃焼理論  ボイル 1627-1691 自然科学としての化学 ◦ ボイルの法則気体の体積Vは圧力pに反比例（温度一定） pV=一定 ◦ 元素：物質の分解の究極的要素、今後の進歩で分解されるかも →20世紀に証明された  フロギストン（燃素:可燃性の元素）説 17世紀 ◦ 化学の最初の統一理論炭（燃える物＝フロギストン＋灰）  気体の発見 18世紀二酸化炭素、酸素、水素 ◦ （アリストテレス：自然界には気体は空気のみ → 否定） ◦ 水素＝フロギストン＋水キャヴェンディッシュ ◦ 熱＝酸素＋フロギストンシューレ独ラボアジェによる化学革命  １フロギストン説の追放：燃焼＝酸化 ◦ 燃焼で灰の質量が増える → 酸素と化合したから ◦ 空気＝窒素＋酸素(燃焼を支持)  ２近代的な元素概念の確立 ◦ 化学反応を元素の粒子モクレル（原子、分子）＋親和力で説明 ◦ 最初の単体表光、カロリック（熱素）、酸素、窒素、水素、硫黄、リン、炭素、塩酸のラディカル、ホウ酸のラディカル等33の元素  （ラディカル＋酸素＝酸と考えた）  酸素ガス＝酸素＋カロリック、窒素ガス＝窒素＋カロリック保存:時間 ◦ 質量保存法則：dm/dt=0 m:mass t:time  d/dt:時間微分ショ糖のアルコール発酵前後の質量精密測定がたっても変化無し  成功 ← 観察・実験を重視原子量概念の登場  定比例の法則ブルースト1799年 ◦ １つの化合物の成分元素の質量比は常に一定 ◦ ◦  酸化銅では Cu:O=4:1 倍数比例の法則ドルトン1802年 ◦ 同じ成分元素A,Bからなる2つの化合物で、同じ質量のAを含む化合物それぞれに含まれるBの質量は簡単な整数比をなす →原子量概念  例:CO 28g → C=12g, Oは16g  CO2 44g → C=12g, Oは32ｇ ∴ 16:32=1:2 ◦ 炭素原子1個に対して，酸素原子は1個，または2個結合 ◦ 原子は分割できないので，必ず整数比になる →  気体反応の法則ゲー・リュサック1808年 ◦ 気体反応では、各気体の体積は同温・同圧のもとでは簡単な整数比を示す ◦ 水の生成  2H2+O2→2H2O  ２：１：２ ◦ アンモニアの生成  3H2 + N2→2NH3  ３：１：２ ◦ 当時の矛盾の解決 ◦ 水素や酸素は原子1個からなる→原子数に矛盾  2H+O→2H2O → アヴォガドロが水素H2, 酸素O2を2原子分子として提案して解決  アヴォガドロの仮説 1811年 ◦ １同温同圧のもとにおけるすべての気体は、同体積中に同数の分子を含む２単体にも分子があり、その分子は２個または同数個の原子からなる  気体反応の法則を無理なく説明元素の原子量、分子量を計算  1840年まで受け入れられず → 化学結合は反対符号の電荷の引力という概念の時代（共有結合の概念が無い）  化学は観察 → 目に見えない原子や分子のイメージは危険という思想の時代  カールスルーエの国際会議で仮説が認められる年 1860 モル  12C の１mol=12g ◦ → 陽子や中性子の1molをほぼ1gとみる発想  なぜモルを使うか ◦ 2H2+02=2H2O ◦ 化学反応では、原子や分子・イオンの個数が同じ物質を同じ量とみる ◦ 個数でみた物質の量 → molという単位 ◦ ある重さの純物質を1molと約束 → 12Cになったアヴォガドロ数 12gに含まれる12C原子の数をアヴォガドロ数という。アボガドロ数N＝12/(1.993×10－23) ≒6.02×1023（個） 12Cの1mol=12g アボガドロ数個の粒子の集団 → 1モル molを単位にして表した量 → 物質量  12C 例分子量18の水H2Oのモル質量は，1(H)×2＋16(O)＝18g 水H2O 2molの質量は，2×18＝36[g] 1モルが１ダースだったら新元素の発見  分光分析光のスペクトルで微量元素を発見 ◦ ブンゼン（分光器製作、バーナー発明）とキルヒホッフ  Cs発見 1860 Rb 61年（ブンゼン） ◦ クルックス Th 61年 ◦ ヤンセン He 68年  周期表リヒター In 63年未知元素の予言と発見へ ◦ メンデレーエフ 1869年 63種の元素を並べる ◦ 原子量の順に並べる→少しずつ異なる性質が周期的に  周期表の空欄（未知元素）→原子量、比重、融点などを予想  Ga 1875年, Sc 79年, Ge 86年 → メンデレーエフの予想と一致 ◦ ０属（希ガス）の追加  Ar レーリーとラムゼー 1894年, Kr,Ne,Xe ラムゼー 98年 ◦ 希土類元素の発見 1839年～1913年  イットリウム、ネオジウム、サマリウム、・・・プロメチウム ◦ 放射性元素の発見  ウラン鉱の放射線ベクレル 1896年  ポロニウム、ラジウムキュリー夫妻 1898年物質とは（普段から意識しよう）   質量を持つ調べ方原子・イオン・電子 ◦ 五感、水に溶かす、加熱する、電気を流す、薬品を使う  物質の分類 ◦ 金属･･･自由電子の働き  光沢、電気電導、熱伝導、展性・延性 ◦ 分子性物質蝋・砂糖例外  融点・沸点が低い、水に溶けにくい、不導体 ◦ イオン性物質食塩  融点が高い、電気を通さないが、水に溶かせば通す物質を構成する粒子  元素とは物質を構成する基本的な成分。 ◦ 元素は元素記号で表される。  例：水素…H 酸素…O アルミニウム…Al  原子元素に固有の粒子  分子原子がいくつか結びついたまとまった粒子 ◦ 分子式：原子の種類と数を示す  例：水素分子…H2  イオン酸素分子…O2 水分子…H2O 原子やその集団が電気を持った粒子 ◦ イオン式：原子の種類と数、電気の正負と量を示す  例：ナトリウムイオン…Na＋化物イオン…Ｃl−  アルミニウムイオン…Ａl3＋イオン性物質 ◦ プラスの陽イオンとマイナスの陰イオンとが電気的引力で結びついてできている塩単体と化合物  純物質：一種類の物質 ◦ 単体：一種類の元素 Ni100%  同素体（構造が異なる単体）  a. ダイヤモンド立方晶系の結晶  b. グラファイト（黒鉛、石墨）六方晶系の結晶:鉛筆の芯  c.フラーレン C60  d. 無定形炭素非晶質：木炭や活性炭  e. カーボンナノチューブ ◦ 化合物：二種類以上の元素の物質  白銅：銅75% Ni25% 水：H2O、二酸化炭素：CO2  混合物：二種類以上の物質例：海水、空気参考:同素体と同位体  同素体 ◦ 同じ元素の単体 ◦ 異なる構造、性質例：酸素 O2 無色透明無臭 ◦ オゾン O3 淡い青色生臭い（実験） ◦ 強い酸化作用 → 消毒・殺菌・脱臭 ◦ O3 → O2 ＋O 酸素原子  同位体 isotope 同位元素同じ原子番号を持つ元素中性子数が異なる原子量の計算  塩素:原子量は35.5 ◦ 質量数35（陽子17個、中性子18個）75％ ◦ 質量数37 （陽子17個、中性子20個） 25％ ◦ 同位体の質量数に存在比をかける分子量・式量の計算 ◦ H2O=1.0×2+16=18 これで水の性質 ◦ CH3OH=12+1.0×4+16=32：メタノール  式量：分子が定義できないイオン結合性結晶や金属に使用 ◦ NaClの式量＝23.0+35.5=58.5 ◦ NaOH=23+16+1.0=40 ◦ Ni 例題 MgOの質量はいくら？  Mg+O→MgO  原子量 Mg:24 O:16  分子量 MgO:40  Mg ｇを燃やすとMgOは  ｇ×40/24＝ｇ  （Mg) （MgO) となるはず。炎色反応加熱によってエネルギーを得た電子が高い軌道に上がり、低い軌道に落ちるときに、その波長に応じた光を発する  NaのD線は黄色の二本の線    軌道1s 2s 2p 3s 3p Na 2 2 8 1→遷移電子軌道は電子雲ｓ軌道(n=1)は原子を中心とする球状に電子雲が分布  ｐ軌道(n=2)はx,y,z方向にダンベル状に分布  観察されるNaのD1線の波長計算  1eV:  光速度 c= 299 792 458 m/s プランク定数 h= 6.626068 × 10-34 m2 kg / s エネルギーE=hν ν：振動数 Hz ① ここではE=2.103eV=2.103×1.6022× 10-34 J ν=c/λ ② ①、②より λ=c/ν=c/(E/h)=ch/E =5.895×10-7m =589.5nm        1電子ボルト = 1.60217646 × 10-19 J(ジュール) 原子のスペクトル  炎色反応の暗記 ◦ ◦ ◦ ◦ リアカー無きＫ村どせ、 (Li赤) (Na黄) (Ｋ紫) (Cu青緑) 借そうとうするも、くれない馬力 (Ca橙) (Sr紅) (Ba緑) ◦ カドミウム＊Mgは炎色反応を示さない吸収スペクトル連続スペクトルをもつ光や電磁波が物質を透過したとき，物質に特有な波長領域が吸収されて，一部が欠けたか弱められたスペクトル  太陽光のフラウンフォーファー線  太陽の上層に存在するいろいろな元素や地球の大気中の酸素などによって吸収されたスペクトル Naの黒い炎物質の分離ろ過（粒の大きさ）  蒸留（沸点の差）  抽出（液体に溶かし出す）：お茶、コーヒー  化学反応式反応物を左辺、生成物を右辺、＋で結合  両辺を変化の方向を表す矢印 → で結ぶ  変化しない物質は、化学反応式には書かない  同じ種類の原子の数が、左辺と右辺で等しくなるように、係数をつける  係数は最も簡単な整数の比となるようにし、「1」のときは省略  例係数を付ける  ◦ CH4 ＋  完成 CH4 O2 → CO2 ＋＋ 2O2 → CO2 H2O ＋ 2H2O ◦ 鉛蓄電池 Pb+ PbO2+ H++ SO4-→ PbO4+ H2O  完成 ◦ Pb+ PbO2+ 4H++ 2SO4-→ 2PbO4+ 2H2O   係数の比＝物質量の比反応物、生成物に気体がある場合→ ◦ 係数の比は同温、同圧の気体の体積比  化学反応前後で質量の総和は一定 ◦ 質量保存の法則  化学反応で生成する物質の質量と体積 ◦ 8.0 gのメタンを燃焼して生成する、二酸化炭素の質量と体積１CH4 ＋ 2O2 → １CO2 ＋ 2H2O ◦ ①8.0 g のメタンの物質量は、 CH4 ＝ 16 g/mol ◦ ∴8.0 g＝0.50 mol ◦ ②化学式より、メタンと二酸化炭素の物質量の比は、1：1 ◦ ③二酸化炭素0.50 molの質量は、0.50 mol×44 g/mol＝22 g ◦ このときの二酸化炭素の体積は、 ◦ 0.50 mol×22.4 L/mol＝11.2 L （標準状態） ◦ このとき生成する水の質量と体積（標準状態）は？ ◦ ◦ 水の質量 0.50 mol×2×18 g/mol＝18 g 水の体積 2× 0.50 mol×22.4 L/mol＝22.4L 反応熱と熱化学方程式  反応式＋反応熱＝熱化学方程式 ◦ 各辺の熱量の合計 → 等しい  化学反応 → 発熱反応と吸熱反応 ◦ 1molの固体が大量の水に溶解し、25.7kJの熱エネルギーを吸収する例 aq=aqua ◦ NH4NO3 + aq = NH4NO3 aq - 25.7kJ  反応熱の名称 ◦ 燃焼熱：物質が完全燃焼するときの熱量 ◦ 溶解熱：物質を多量の溶媒に溶かしたときの熱量 ◦ 中和熱：中和反応で水が生成するときの熱量  ヘスの法則 ◦ 反応の熱量は、化学変化の経路に無関係であり、最初と最後の状態で決まる  反応熱は、化学反応が段階的に少しずつ進んでも、１回の反応で一気に進んでも、反応熱は同じだけ放出（または吸収）される ◦ Ｃ（黒鉛）＋Ｏ2（気体）＝ＣＯ2（気体）＋ 394kJ ① ◦ Ｃ（黒鉛）＋1/2Ｏ2（気体）＝ＣＯ（気体）＋ 111kJ ② ＣＯ（気体）＋1/2Ｏ2（気体）＝ＣＯ2（気体）＋ 283kJ ③ 酸・塩基と中和    酸：水溶液中にH＋を出す物質塩基：水溶液中に OH−を出す物質価数：1分子の酸や基からH ＋やOH−が水溶液中にいくつ出てくるのかという数 ◦ 塩酸HCl、酢酸CH3COOHは1価の酸 ◦ 硫酸H2SO4は2価の酸 ◦ 水酸化ナトリウムNaOH、アンモニアNH3は1価の塩基 ◦ 水酸化カルシウムCa(OH)2は2価の塩基   強酸・強塩基：水溶液中でほぼ100％電離弱酸・弱塩基：水溶液中で一部だけが電離 ◦ 塩酸HCl、硫酸H2SO4は強酸、酢酸CH3COOHは弱酸 ◦ 水酸化ナトリウムNaOH、水酸化カルシウム Ca(OH)2は強塩基、アンモニアNH3は弱塩基純粋な水はごくわずかに電離し、水素イオン濃度[H＋]と水酸化物イオン濃度[OH−]とが等しい関係にある。  中性 [H ＋]＝[OH −]  酸性 [H ＋]＞[OH −]  塩基性 [H ＋]＜ [OH −]  水素イオン濃度  定義 pH=-log10[H+] ◦ 温度が一定であれば、どのような水溶液でも、つねに、 [H+][OH-]=Kw=10-14(=一定) ◦ Kw：水のイオン積あるいは水の解離定数純水または中性溶液においては、 ◦ [H+]=[OH-]であるから ◦ [H+]=[OH-]=√(ＫＷ)=10-7 → pHは7  pH4とpH6を比較して、pHが2しかちがわないのに、実際は、水素イオン濃度が100倍もちがう  pH5は10-5mol/L  pH6は10-6mol/L 対数  10を底とする対数：常用対数… log10N e=2.718… を底とする対数：自然対数… log e N log101=0  log1010=1  Log1010-1=-1  log10102=2  Log1010-2=-2  中和反応  HClとNaOH水溶液の反応では、塩化ナトリウムNaClと水H2O が生成。生じる塩化ナトリウムのような物質を塩(えん)という ◦ H＋＋OH− → H2O 酸と塩基がおたがいの性質を打ち消し合う  弱酸と強塩基の中和によって生じた塩の水溶液は、塩基性  ◦ 酢酸CH3COOHと水酸化ナトリウムから生じた酢酸ナトリウムCH3COONa水溶液は塩基性  強酸と弱塩基の中和によって生じた塩の水溶液は、酸性 ◦ 塩酸とアンモニアNH3水から生じた塩化アンモニウムNH4Cl水溶液は酸性中和の量的関係酸から生じるH＋と塩基から生じるOH－が同じ物質量のとき中和 →  濃度のわからない酸や塩基の水溶液の濃度を求めることができる  （H ＋の物質量）＝（OH －の物質量）  a×c×v ＝ b×c'×v '  ◦ a：酸の価数、c：酸の濃度[mol/L]、v：酸の体積[mL] ◦ b：塩基の価数、c'：塩基の濃度[mol/L]、v '：塩基の体積[mL] 1mol/Lの塩酸10mLと中和する2mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液は、何mL？  1mol/Lの硫酸10mLと中和する0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液は、何mL？ (硫酸は2価の酸)  中和滴定の実験：0.1mol/LHCl＋0.1mol/LNaOH  酸化と還元物質が酸素原子と結びつく反応は酸化、物質が酸素原子を失う反応は還元  物質が電子を失う反応は酸化、電子を受け取る反応は還元。  電子を失う反応と受け取る反応は、必ず同時に起こるので酸化還元反応。  ◦ 2Cu＋O2→2CuO ◦ 銅：2Cu → 2Cu2＋＋4e－ ◦ 酸素：O2 ＋4e－ → 2O2－酸化還元 ◦ 電子のやりとりで定義すると、酸素原子を含まない反応でも酸化還元反応がある酸化数  原子の酸化還元の程度を表す数値 ◦ 単体の原子の酸化数は０ ◦ 化合物中の水素原子の酸化数は＋１、酸素原子の酸化数は－２ ◦ 化合物中の原子の酸化数の総和は０ ◦ イオンの酸化数は、そのイオンの符号と価数に等しい。  反応前後で原子の ◦ 酸化数が ◦     増加した物質は酸化された減少した物質は還元された次の化学反応式の反応前後の銅原子の酸化数を示せ。銅原子は酸化されたか、還元されたか？ 2Cu ＋ O2 → 2CuO 酸化数 0 0 +2 -2 酸化数増加 → 酸化金属のイオン化傾向  金属単体が水溶液中で陽イオンになる傾向？ ◦ 実験：銀樹硝酸銀水溶液に銅板をつけておくと、銀が析出して、銅イオンが水溶液を青くなる ◦ 理由：イオン化傾向Cu＞Ag Cu＋2Ag＋→Cu2＋＋2Ag  次のイオン反応式で酸化されたものは？ ◦ Cu＋2Ag ＋ → Cu2＋＋2Ag   イオン化傾向の大小大きいほどさびやすい！ Li K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb ( H2) Cu Hg Ag Pt Au （H2はH＋イオンになるので入れる）＊K,Ca,Naの還元力に差はない  ＊Pt,Auの安定度の差は測れない  イオン化傾向が大きい金属 → 酸化されやすい ◦ 次のイオン反応式からZnとH2のイオン化傾向はどちらが大きいと判断できるか? ◦ Zn＋2H ＋ → Zn2＋＋H2 標準電極電位  単体を，そのイオンが1mol/L で存在する溶液につけたとき，単体と溶液の間に生じる起電力 ◦ イオン化列の具体的な順序を示す ◦ 亜鉛イオン-亜鉛対の標準電極電位は、次の電子授受平衡を成り立たせる電子が持つ電位Ｚｎ２＋＋２ｅ－ ⇔ Ｚｎ E0Zn=-0.763V  この電子は極板にいて、 -0.763V の電位を持つ電荷を運ぶ仕事 W=F(力）s（距離）=q(電荷)E（電界）・s= ｑ・Ex=qV（電位差）  例 +１C（クーロン）の電荷を電位０Vから+1.5Vの場所（電位差1.5V）へ運ぶ仕事  W=ｑV= +１C×1.5V  =1.5J  Ｚｎ２＋＋２ｅ－⇔Ｚｎ  標準生成ギブスエネルギー：化合物等1molを単体からつくるエネルギー ΔfG0  Zn2+は ΔfG0=-147kJ Zn=0  電子のG(ギブスエネルギー)は電位E0Znで電子 2molが持つ電気エネルギー  電子2molのエネルギーはファラデー定数 F=96500C/molを用いて-2F× E0Zn  ∴-147000J-2×96500C× E0Zn=0  E0Zn=-0.76V がZn2+-Zn対の標準電極電位 → イオン化しやすい  亜鉛の電位は負          標準電極電位：電子授受平衡(2H++2e-⇔H2) が成り立つ電極（白金）の電位を0とし、他の物質が電子をどれほど授受しやすいかを示す尺度銅の場合 Cu2+-Cuの対 Cu2+ +2e-⇔ Cu 単体のCu はΔfG0=0 Cu2+のΔfG0=+65kJ/molより -65000J-2×96500C× E0Cu=0 ∴E0Cu=+0.34V Al3+ -485kJ Al3++3e-⇔Al -485000J-3×96500C=0 ∴ =-1.68V Liは自然界最低の値-3.04V 電子を出してイオンになろうとする図スキャナー値の高いAu,Pt,Hgは，酸化されにくく天然では金属の姿である。Agを強引にイオンにすると，酸化力が強く抗菌作用を示すイオン化傾向と反応性  イオン化傾向の大きい金属：K、Ca、Na など ◦ 非常に酸化されやすい。水、酸素と速やかに反応  水素よりもイオン化傾向が大：Al、Zn、Fe など ◦ 塩酸や希硫酸と反応して水素Ｈ2 を発生  水素よりもイオン化傾向が小：Cu、Hg、Ag など ◦ 酸化力の強い酸とは反応。発生する気体は水素ではない  イオン化傾向がきわめて小さい金属：Pt、Au ◦ 非常に安定。王水のみと反応  亜鉛が塩酸と反応して水素を発生する反応の化学反応式は？中高（啓林館）食塩水の電気分解中学理科食塩水の電気分解陰極: 2H2O+2e-→ H2 + 2OH陽極: 2Cl- → Cl2 + 2eFe3+＋３OH－→ Fe (OH)3↓赤褐色沈殿 Cl2 + 2OH− → Cl − + ClO − + H2O  Fe + 3Cl- → FeCl3 ↓黒緑色沈殿 + 3e    アクアデトックス参考http://aquadetox-japan.com/ マイナスイオン（ニセ科学のキーワード）体験談「お湯の色が変わって，身体から塩素の匂いがする。彼女の身体から立ち上る塩素で目がヒリヒリした」不安をあおる実験：自作デトックス装置鉄（釘）を電極にして，食塩水を5～7Vで電気分解する  陰極：水素の泡が盛んに出る，液の色が黄褐色  陽極：塩素の泡は見られない，液は緑  電圧を上げると塩素ガスは出るか？  電池      電池とは酸化還元反応から電気エネルギーを取り出す装置酸化反応が起こる場所→負極還元反応が起こる場所→正極電池から電気エネルギーを取り出す反応→放電ダニエル電池は銅と亜鉛のイオン化傾向の大小（Zu＞Cu）を利用した電池（－）Zn｜ZnSO4aq｜CuSO4aq｜Cu（＋）負極の反応 Zn → Zn2＋＋2e－（酸化）正極の反応 Cu2＋＋2e － → Cu （還元）電気分解自然の法則を知ろう  自然は変化を嫌う → 安定した世界 ◦ 変化を打ち消す方向へ変化出る杭は打たれる ◦ 物理：電磁誘導  磁界の変化を打ち消す磁界が発生するように電流が流れる ◦ 化学：ル・シャトリエの原理  アンモニアの製法  3H2＋N2 = 2NH3 −92.4 kJ/mol 吸熱反応→加熱で右へ  左辺の体積 3+1=4 > 右辺は3 圧縮で右へ ◦ 生物：生態系の捕食者と被食者  キタキツネと野ウサギ  野ウサギが増えると捕食者のキツネが増え、やがてウサギが減ってキツネも減る。するとウサギが増え、またキツネが増える。エントロピー増大の法則エントロピー：無秩序度  崩れる方向（無秩序度大）へ進む  →  ◦ 覆水盆に返らず ◦ → It's no use crying over spilt milk. →  → 拡散粒子はバラバラになりたがる（ひとりでに起こる変化は必ず）エネルギーの低い方向へ変化  孫氏の兵法 ◦ 水が流るる如くギブスの自由エネルギー  反応の方向 ◦ エンタルピー（熱量H ΔH<0：Hが減る向きに進みやすい）項とエントロピー（T：絶対温度、S:エントロピー TΔS>0 が増える向き）項の駆け引きによるギブスエネルギー：G=H-TS  自然変化の条件：ΔG=ΔH-TΔS <0  変化はGが減る向きに進む  この人は健康指向ですか？実験  55円電池でLEDをともそう ◦ オキシフル標準電極電位+1.72V 実験食塩水の電気分解鉄（II）イオン：淡緑色  鉄（III)オン：黄褐色  H2の発生により溶液中のH+イオンが減少し、OH-イオンが増える  陰極付近はOH-の濃度が大→塩基性：大  ◦ リトマス、フェノールフタレイン