Chemistryの授業

11 授業

アルカリ金属とナトリウムの化合物 – アルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム）は周期表の1族の元素です。原子は外側の電子を1個もっていて、それを簡単に手放してM⁺イオンになります。やわらかくて軽く、とても反応しやすい金属で、水と反応すると水素とアルカリができ、空気中では燃えます。反応性は下の周期ほど大きくなります。ナトリウムからは Na₂O、Na₂O₂、Na₂CO₃（洗濯ソーダ）、NaHCO₃（重曹）ができ、金属ごとに炎の色も違います。
アルコール – アルコールとは、sp³炭素に–OH基がついた炭素化合物(R–OH)のことです。C–OHの炭素につながっている炭素の数を数えると、第一級(1°)、第二級(2°)、第三級(3°)に分類できます。名前は「アルカン-n-オール」の形で、–OHの番号がいちばん小さくなるようにつけます。アルコールは、アルケンから(酸触媒による水和、またはヒドロホウ素化・酸化)、アルデヒド・ケトン・酸の還元によって、またはグリニャール試薬から作れます。水素結合のため、沸点が高く、水にも溶けやすくなります。反応では、O–H結合が切れる場合(酸性:Na、エステル化)と、C–O結合が切れる場合(HX、脱水)があり、1°と2°のアルコールは酸化されます。メタノールとエタノールは、工業的にとくに大切なアルコールです。
温度・活性化エネルギー・触媒・衝突理論 – 反応物の分子が生成物になるには、エネルギーの山、つまり活性化エネルギー Ea を越えなければなりません。アレニウスの式 k = A e^(−Ea/RT) は、温度が少し上がるだけで山を越えられる分子がずっと増え、k が急に大きくなることを表しています。触媒は ΔH を変えずに、山の低い別の道をつくります。衝突理論では、分子が十分なエネルギーと正しい向きでぶつかったときだけ反応が起こると考えます。
化学反応式の書き方とつり合わせ方 – 化学反応では、原子はつくられも消えもせず、組み合わせが変わるだけです。だから化学反応式では、左右で各原子の数が同じでなければなりません。つり合わせるときは化学式の前の数字(係数)を変え、化学式そのものは変えません。
化学平衡:Kc、Kp、Q とギブズエネルギー – 密閉した容器の中では、可逆反応は両方向に進みます。しばらくすると正反応と逆反応の速さが等しくなり、量は変わらなくなりますが、反応が止まったわけではありません。これが動的平衡です。平衡のとき、生成物と反応物の濃度の比(それぞれ係数乗)は一定の値になり、これが平衡定数 K です。Kc は濃度、Kp は分圧を使い、Kp = Kc(RT)^Δn の関係があります。純粋な固体と液体は K に入れません。反応商 Q で向きがわかります。Q < K なら正反応、Q > K なら逆反応、Q = K なら平衡です。K とギブズエネルギーも結びついています。ΔG = ΔG° + RT ln Q、ΔG° = −RT ln K です。
空気の成分 – 空気は気体の混合物です。体積で見ると、乾燥した空気はおよそ窒素78%、酸素21%、アルゴン0.93%、二酸化炭素0.04%で、ほかの希ガスもごくわずかに含まれます。水蒸気の量は0%から約4%まで変わります。空気が混合物だと示し、酸素の量を測るには、閉じた管の中で鉄をさびさせる(またはリンを燃やす)と、水がおよそ5分の1だけ上がります。煙、二酸化硫黄、窒素酸化物、一酸化炭素などの汚染物質は空気を有害にしますが、減らすことができます。
原子の構造 – 原子の中心には、小さくて重いプラスの原子核があり、陽子と中性子でできています。電子は、K殻・L殻・M殻・N殻という決まった殻の中を動きます。陽子の数(Z)で元素が決まり、陽子と中性子の合計が質量数(A)です。いちばん外側の電子が原子価を決めます。同位体はZが同じ、同重体はAが同じです。
酸・塩基・塩と滴定 – 無機化合物は大きく4つに分けられます。酸化物、酸、塩基、塩です。これらはつながっていて、金属から塩基性酸化物ができ、それが塩基になり、塩基と酸が反応すると塩と水ができます。滴定はこの中和反応を使って、濃度が分からない溶液の濃度を調べる方法です。濃度が分かっている塩基をビュレットから少しずつ加え、酸がちょうど全部なくなるところ(当量点)を探します。そこでは反応の比から n(酸) = n(塩基) となり、1 : 1 の反応なら C₁V₁ = C₂V₂ です。
酸とアルカリ：性質・指示薬・反応 – 酸は水の中でH⁺を出し、アルカリ（塩基）はOH⁻を出す。指示薬は色やにおいの変化でどちらかを教えてくれる。H⁺とOH⁻が出会うと水ができ、あとに塩が残る。
炭素化合物の化学的性質：エタノールとエタン酸（酢酸） – 炭素化合物は酸素中で燃えて、二酸化炭素、水、熱、光を出します（燃焼）。強い酸化剤はアルコールを酸に変えます（酸化）。不飽和化合物はニッケル触媒のもとで水素と結びつきます（付加）。飽和化合物は日光の下で水素が塩素に入れ替わります（置換）。エタノールはナトリウムと反応して水素を出し、脱水するとエテンになります。エタン酸は弱い酸で、アルコールとはエステルを、炭酸塩とはCO₂をつくります。
発展化学:構造・性質・エネルギー・化学平衡 – 発展化学は4つの大きな考え方でつながっています。構造:原子は決まった形で結びつく。性質:形と電荷の偏りが融点や溶けやすさなどを決める。エネルギー:反応を始めるには後押し(活性化エネルギー)が必要で、熱を出したり吸ったりする。化学平衡:可逆反応は、正反応と逆反応の速さが等しくなったところで落ち着く。