身近にある化学反応 ー物質の化合の法則 4 複数の物質から新たな物質が 生まれることを化合といいます 分解とは逆に、 2 種類以上の物質が結びついて別の物 質ができる化学変化をイ合といいます。前ページで説明 した水でいえば、水素と酸素の混合気体に火をつけると 炎を上げて反応し水が発生します。電気分解の時と逆の 反応ですから、この時、水になるために必要な気体の体 積は、水素 2 に対して酸素 1 です。化合にはこのように、 加熱など外部から何らかのきっかけを与えられることで 反応するものが多いですが、鉄のサビのように自然に発 生する化合もあります。 鉄が錆びるびるというのは、鉄と酸素が化合して ( 赤サビの場合 ) になる反応です。 は我々 にとって最も身近な化合の例です。このように、我々の 周りの物質は分解と化合により、さまざまな姿に形を変 えているのです。 自然でも起きる物質の化合 酸化 ( 2 ) KEYWORD 紙や木が燃えるのも酸化の一種だ鉄と酸素の化合物で、磁石につかな が、この場合、炭水化物が酸素と反いなど、鉄とは異なる性質を示す ( た 応して水と二酸化炭素に変化しておだし組成により強い磁性を持っ酸化 、化合と分解の 2 つの化学反応が鉄もある ) 。酸化鉄は化粧品の顔料 起きている。 にも使われる。 100
質量保存の法則を元に 、化学反応の規則性を見つけたのね 原子論のヒントとなった 一定比例の法則と倍数比例の法則 日本で実験しても、海外で実験しても化学反応の結果 マグネシウムを に変わりありません。 燃焼させると、マグネシウムの量に比例した量の酸素が 化合します。いつ、どこで化学反応させても、決まっ た質量比で化学反応が起こるというのが す。改めて考えてみると不思議ですよね。 のちに「原子論」を発表するジョン・ドルトンは、こ の法則がマグネシウム原子 1 っと酸素原子が 1 つくつつ く反応が起きているから、質量が定数倍になるのだと考 えました。ドルトンはこの考え方を応用して、 2 種類以 上の化合物について論じました。それが です。同じ素材からできる異なる化合物 ( 一酸化炭素や が簡単な整数 ニ酸化炭素 ) は、その素材の になるというものです どこで実験しても変わらない ? 純度の高い (( 0 質量比 ( 一 定 の 法 比例の法則 KEY WORD 純度の高い 化学が発展した現在では、化学反応酸化物の混じった金属を燃焼させて を分子の数の変化で説明できる。し しまうと定比例の法則は当てはまら ない。定比例の法則を発見したプ かし原子や分子の概念ができる前 は、質量を測ることで化学反応の原ルーストは、試料を精製し正確な実 理を解き明かしていった。 験結果を得られるようになった。 質量比 090
2 時間目 / 化学の時間 Chemistry 化学反応の素材となる物質の質量比は一定 ・定比例の法則では ? 酸素の質量 (g) 一定の割合で素材となった 物質が含まれる 化学反応が起きて化 合物ができる場合、 その素材となった物 質の質量比は常に 定である。 2.0 2.0 マグネシウムの質量 (g) 0 ・倍数比例の法則では ? 同じ素材でできた異なった化合物の 酸素 素材の質量比は簡単な整数に 一酸化炭素とニ酸化炭素など、同じ 酸素に 2 素材からできた異なった化合物の素 酸素材の質量比は、簡単な整数になる。 炭素 12g 一酸化炭素 28g もっと知りたい 0 、 ベルトレーとの論争 定比例の法則を唱えたプルー ストでしたが、化学界の権威・ ベルトレーに否定されたため その考えはすぐには受け入れ られませんでした。彼は正確 な実験により、何度も自説の 正しさを証明しました。 ベルトライド化合物 すべての物質が定比例の法則 に従うわけではありません。 中には素材となる物質の割合 が変化するものも。それを定 比例の法則に反対したベルト レーの名前を取って、ベルト ライド化合物と呼びます。 091
2 時間目 / 化学の時間 Chemisfrv 化学変化の前後で全体の質量は変化しない ・銅を燃焼させると ? 化学変化後 空気中の酸素の分 軽くなる 化学反応の前後で は、質量は変わらな い。昔の化学者は酸 素の質量を考慮して いなかった。 化学変化前 化合 3.977g の酸化銅 3 」 77g の銅 0.800g の酸素 ・ラボアジェ流の燃焼実験 空気の質量も考慮すれは 質量は不変たとわかった ラボアジェは空気を閉じ込 めたまま燃焼することに よって、質量保存の法則を 証明した。 木片をガラスの 容器に閉じ込める 木片 . 灰 燃焼 電子はかり 田 Og 100g もっと知りたい 0 、 ダイヤモンド ラボアジェは実験でダイヤモ ンドを燃やしました。もった いないような気がしますが、 ダイヤモンドは燃焼するとす べてニ酸化炭素になり、最終 的には何も残らないので実験 結果がわかりやすいのです。 核融合は例外 ? 質量保存の法則には例外もあ ります。太陽で起こる核融合 反応では水素がヘリウムに変 換されます。この時、質量が 減少し、光のエネルギーと なって水素から飛び去ってし まいます。 089
2 国住国国国 時間目 すべてはっふ。からできている 空気は圧縮すると小さくなる 漬物は塩で水分を抜いているワ 原子論のヒントとなった ポイルの法則 ポイル・ンヤルルの法則 ファント・ホッフの法則 質量保存の法則 定比例の法則と倍数比例の法則。 ドルトンの原子論 灰になると軽くなるのはなぜ ? ピンポン玉のへこみは温めて直せ ヒ学の寺間ンケミストリーは世界を救う 082 084 086 088 092 田四国国ロ国 物理や化学の法則が成り立っための重要な数 身近にある化学反応 気体反応の法則 アポガドロの法則 物質の分解の法則 物質の化合の法則 ポーアの原子モデル 元素周期の法則 原子論を打ち砕く ? 原子の正体を解き明かすー 周期表の並び順には理由がある 1 つの物質が 2 つ以上に変化 073 096 1 02 094 098 100 1 04
2 時間目 / 化学の時間 Chemis+rv 定義 2 つ以上の物質が合わさることで 別の物質へと変化すること ・化合の種類 酸化や燃焼は 化合の一種 酸素と結びついて別の物質 に変わる酸化は、化合の一 種。そのうち激しく酸化し 発火現象をともなうのが燃 焼である。 酸化 2 種類以上の物酸素と化合熱や光をと 質が一種類の別すること もなう激し の物質になる化 い酸化 学変化 ・銀の硫化 硫黄泉に入ると 銀の指輪が黒くなる 硫黄を多く含む温泉に銀の 指輪をしたまま入ると、指 輪が黒くなる。銀が硫化と いう反応を起こし、硫化銀 になったためである。 0 AgS ( 硫化銀 ) S ( 硫黄 ) 2Ag ( 銀 ) もっと知りたい 0 、 ゆで卵の変色 鉄と硫黄を加熱すると光と 熱を出しながら激しく反応 し、硫化鉄に化合します。ゅ で卵の黄身と白身の境目にで きる緑色の物質も実は化合で できる硫化鉄です。卵白の中 のシスチンやメチオニンに含 まれる硫黄分が加熱によって 分解されて硫化水素となり 卵黄中の鉄分と反応して硫化 鉄となります。卵が腐った時 の臭いはこの硫化水素の臭い で、温泉地や火山の周辺に 漂っている臭いが「卵の腐っ た臭い」といわれるのは、卵 に含まれると同じ硫化水素だ からなのです。
2 時間目 , ー化学の時間 Chemisfry すべての物質は原子からできている ■ドルトンの元素記号 ・原子論の利点とは ? 〇 物質の性質を決める 原子を記号化 すべての物質はこれ以上分 割できない原子からできて いて、複数の種類がある。 それらは異なる性質・質量 を持つ。 水素窒素炭素酸素 リン硫黄マグネシウム 原子の組み合わせで 化合物を説明できる ドルトンは化合物は複数種 類の元素が、さまざまな組 み合わせをつくることでで きると考えた。 炭素酸素 一酸化炭素 水素 水 酸素 もっと知りたい 0 、 3 原子と元素 物質の性質などについて論じ る時は「元素」という言葉を 用います。そしてその物質を 構成している粒子について論 じる時は「原子」といいます。 「元素は原子核と電子からな る」とはいいません。 原子と電子 ドルトンの原子論では、原子 は物質を構成する最小単位だ としています。しかしのちの 科学者が金属から電子を取り 出す装置をつくり、原子より 小さい電子が存在することが わかりました。 093
化学工業に欠かせない ル・シャトリエ ( 平衡移動 ) の法則 反応が止まっているようだけど、 反応していないわけじゃないのね 正 反 応 と 逆 反 応 肥料などに使われるアンモニア。窒素と水素を入れた を加えてつくり出されます。この時、 容器に すべての窒素と酸素がアンモニアに変わるのではなく、 窒素や水素のまま残るものもあります。実はこの窒素や 水素は、化学反応をしなかったから残っているわけでは ないのです。 容器の中ではアンモニアができると同時に、アンモニ アが分解して窒素と水素ができる反応も起きています。 が起こるべースが釣り合っている ため、見かけ上一定のアンモニアができて、一定の窒素 や水素が残っているように見えるのです。このように反 応が釣り合っている状態を化学平衡といいます。アンリ・ ル・シャトリエはこの状態の時、濃度や圧力、温度の変 化に応じて平衡状態が変化することを発見しました。 元に戻る化学反応とは ? 触媒 ( 工 ) K EY WO R D 2 正反応と逆反応 + 触媒 準備した物質が変化するのを正反化学反応を促進させる物質。化学反 応、変化した後の物質が元の物質に応に影響を与えるが、化学反応には 戻るのを逆反応という。本来化学反加わらず、触媒自体は変化しない。 応は可逆反応であるが、逆反応が小 アンモニアの場合は酸化鉄を基本に さくなると不可逆反応になる。 つくられた触媒が使われる。
定義 化学版エネルギー保存の法則 ーへスの法則 どんな経過をたどっても 化学反応で発生する熱量は一定 石油ストーブでは、石油に含まれる炭素と水素を燃焼 させて部屋を温めます。この時に十分な酸素がいきわた らないと、不完全燃焼を起こし が発生 します。また、酸素がいきわたり完全燃焼が起こるとニ 酸化炭素が発生します。不完全燃焼でも完全燃焼でも熱 には差があります。ニ酸 か発生しますが、 化炭素ができる完全燃焼のほうが大きな熱量を生み出す のです。しかし不完全燃焼で燃え残った一酸化炭素を再 度燃やして出る熱量を、不完全燃焼の時の熱量に加える と、熱量の合計は完全燃焼の時と同じになるのです。 このように、元になる物質と最終的な物質が同じなら ば、発生する熱量は、その途中の化学変化の内容によら しいエネルギー ず一定となります。これを 保存則の化学的な言い換えともいえます。 全部燃やせば結果は同じ ? ス の 法 一酸化炭素 (H) K EY WO R D 2 反応熱 一酸化炭素 化学反応によって起こる熱を反応熱炭素を燃焼させた時に酸素と結びっ という。カイロは鉄が酸化鉄になるいてニ酸化炭素ができる。ただし、 時にできる反応熱を利用している。酸素が足りないと一酸化炭素が発生 化学反応式に反応熱を併記したものする。有毒だが無色無臭なので気づ きにくく、危険。 を熱化学方程式という。 120
周期表の矛盾を解決した 弱まるべースは決まっているワ ウランか放射線を出すしくみ 中性子が陽子と電子に変わる モースリーの法則 放射能の半減期の法則 0 崩壊 ~ 朋壊 イオンの法則 ファラデー ( 電気分解 ) の法則 6 ル・シャトリエ ( 平衡移動 ) の法則 8 電子発見の足かかりとなった 化学工業に欠かせない 化学版エネルギー保存の法則 ス の 法 化学反応に大きな影響を与える 106 108 1 20 化学のテスト 低気圧ほど炭酸が抜ける 凝 ラ弗 フ フ 固 占 ウ 占 上 リ ル 降 昇 の 下 の の ト 法 法 の 法 法 則 の 法 122 123 1 24 1 26 1 25