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Life + Chemistry

化学の講義録+大学を楽しく面白い学びの場に変える試みの記録 (北里大学・野島 高彦)

看護学科の化学講義(11)平衡反応と原子核崩壊

履修者47名中45名出席,96 %.

化学トピック:はやぶさのカプセル

小惑星イトカワの材料かもしれない微粒子が,はやぶさによって届けられた試料カプセルの中から発見されました.その分析作業が始まろうとしています.JAXAからの最新公式発表を紹介しました.

前回やったこと・質問・コメント・その他紹介

くわしくは前回の講義録後半参照↓

前期試験についてのおしらせ

先週配布した昨年度試験問題の解答を配布しました.また,今年度は試験の傾向を変えるので,それにあわせた今年度向けの模擬問題と,その解答を配布しました.特に,当日までにぜひとも勉強しておいてほしい点を説明しました.

●テスト対策の説明ありがとうございました.とても嬉しいです.頑張ります!

●試験対策ありがとうございます.本当に助かりました.化学の復習頑張ろうと思います・・・!

●模擬プリントは嬉しかったです.ありがとうございました.

●模擬問題ありがとうございます.

●テストのことをいろいろ教えてもらえて良かった.

●テスト不安です.でも頑張って勉強します.

●あーテストやだけどがんばります.

●テスト問題ありがとうございます!! できるだけ頑張ってみます!

●テスト緊張するので,ちゃんと勉強します.

●テストに原子量,単位,エネルギーは書いてありますか? 元素番号は重さじゃないですよね?

ムリなくムダなく本質を理解することが重要です.そういうこまかい暗記は一切必要ありません.そして,元素番号は重さじゃないです.

●留年が心配でしたが,きちんと勉強すれば解けそうな問題だったので,安心しました.

化学1科目が原因で留年という事態は考えられませんねぇ.

●化学って追試とか,そのまた追試とかって,ありますか? 化学,冗談抜きでヤバめなんです・・・.死んでしまいそうです・・・

追試や再試があるかどうかは,そのときの試験の出来不出来によるものなので,今はなんとも言えません.化学は専門科目ではなく,一般教育科目の選択科目なので,難問奇問で履修者を苦しめる予定はありません.というあたりのことを考えると,死ぬほどピンチということはないでしょう.

化学平衡

化学反応にはある程度進行する逆反応も増えてくるものがあります.これを「可逆反応」と言います.これに対し,生成物から反応物への反応が生じない反応を「不可逆反応」と言います.生命現象を分子レベルで見ると,多数の可逆反応がリンクされていることがわかります.臨機応変に環境変化に適応するための戦略です.

ルシャトリエの原理

平衡状態にある化学反応に何らかの操作を加えた場合,反応系は新しい条件で平衡状態となるよう,システムを再構築します.この際に平衡がどのようにシフトするのかを判断する際,「ルシャトリエの原理」が役立ちます.(1) 水素ガス+窒素ガスとアンモニアガスとの平衡反応,(2)NO2とN2O4との平衡反応,に関して,反応系から構成要素を取り除いた場合,圧力を変えた場合,温度を変えた場合について,反応系がどのように平衡状態をシフトさせるのかを考えました.

D

↑平衡反応(2)の温度依存性

D

↑平衡反応(2)の圧力依存性

●化学平衡の原理が高校のときに,「どうして起こるの?」と疑問に思っていたのが解決しました!

●高校では全く分からなかったルシャトリエの原理が理解できました.よかったです.

●ルシャトリエわかりやすかったです!!

●化学平衡のこともよくわかりました.イメージをするとわかりやすいですね.

●砂糖を使った説明が分かりやすかったです.

●コーヒーカップの中では砂糖が飛び交っていたんですね!

●今日は化学平衡の再構築について学ぶことができた.

●平衡状態がどんな感じかだいたいわかったような気がします.

●熱などを加えることで色が変化するのはおもしろかったです.

●平衡の実験は,色が変わったり目にみえるやつがおもしろいです!

●反応式の中で,Jじゃなくてcalを使うのに慣れなくて,変なかんじがします.

calは非SI単位ですが,まだまだまだまだ使われているので,慣れておきましょう.

●なんで熱を冷ますときって→こっちの→なんですか? 圧力を下げるのが←こっち向きだからエネルギーが低下するのは←こっち向きのイメージなんですけど.

エネルギーの授受とは別の視点で考えます.発熱反応を加熱すると,反応系は発熱をやめます.そのため,発熱を伴わない方向に反応をずらすのです.

●砂糖aqのaqって何ですか?

水和状態です.水の中に溶けていることをあらわします.

●今日のスライドで見た,体積などの平衡反応のところのスライドを印刷してもらえませんか?

というリクエストが来ると思って,印刷配布しました.

●何らかの変化があったときに,それを解消する働きのことを平衡というのですか?

いいえ.平衡は正方向と逆方向との速度が等しくなった状態のことです.

●ルシャトリエの原理で,体積を変えるという話をしていた時に思い出しました! 弟が雲をつくる実験を学校でやったんだーと言って,ペットボトルに少し水を入れ真空にし,一気に開くという方法で見せてくれました.このことも平衡とかルシャトリエと関係ありますか?

これは沸点の圧力依存性ですね.減圧下で気化していた水分子が,1気圧に戻った際に液化したのです.それが雲のように見えるわけです.

アンモニア合成の化学

水素と窒素からアンモニアを合成する化学プロセス「ハーバー・ボッシュ法」について紹介しました.20世紀工業化学の代表的成功例です.

●ピクリン酸がなつかしかったです.

あれはピクリン酸じゃなくてTNTの構造式です.似ていますが別の物質です.

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●戦争にchemistryがかかわっているなんて驚きでした!

●ハーバー-ボッシュ法ってすごいですね!

●ハーバー-ボッシュ法は2人の人名から名前が付けられていることは知っていましたが,顔を見たのは初めてだったし,意外にも過酷な人生で驚きました.

●ハーバーさんボッシュさんをはじめて見ましたが,顔の雰囲気が似ていました.生成法を覚えるのが苦手でしたが,由来が分かって,絶対忘れないと思います.

N2+3H2=2NH3を高校の時はただ単にアンモニアの生成として覚えていたが,ハーバーとボッシュの話を聞いたとき,尊敬しなければならない式だと思いました.

●高校のとき苦手だったハーバーボッシュ法にそんな裏話があったなんて・・・って感じでした.

●空気中からエネルギーがつくれるようになったら,すごく画期的だと思った.

●空気から肥料をつくるってすごいですね! 他にも空気から作っているものってあるんですか?

ナイロン66が商品化されたとき,「水と石炭と空気からつくられる,鋼よりも強くクモの糸よりも細い人工絹糸」というのがキャッチフレーズでした.ナイロンは後期にやります.

●なんでN2+3H2が4 molで2NH3が2 molなんですか?

それぞれ完全に反応が進行したと仮定した場合の存在モル比です.逆方向だとN2と3H2をあわせて(係数の和)1+3=4,正方向だと2になります.両者が4 molと2 molでバランスが常にとれているというわけではありません.

原子と放射能

講義では核化学分野で出てくる語句の説明をしました: 崩壊系列,放射能,放射線,α線,β線,γ線,放射性核種,放射性同位元素,ラジオアイソトープ,半減期.

●高校のときに同位体とかとかアイソトープとか聞いていまいち理解できていなくて,なんとなくで覚えていたのですが,今回先生の説明をきいて,やっとしっくり来ました!

●ウランやラジウムなどが自然に崩壊していくのには驚きました.

●放射線と放射能がごちゃまぜになっていたが,放射能とは放射線を出す能力だとわかって良かった.

●放射線と放射能は同じものであると思っていました.

●放射線はこわい キュリー夫人のはなしはしってます

正しい知識をもっていれば決してこわくないし,こわかったら医療機関で働けませんよ.

90Th→91Paで,なんで90が91になるんですか?

原子核から電子を1個放出したかわりに,核内に陽子が1個増えています.そのために原子番号が一つ大きくなるのです.次回説明します.

●ウランやラジウムは放っておくと勝手に壊れるとありましたが,地球上の何らかのエネルギーが関与しているということですよね.

地球は関係ありません.他の星に持って行っても同じ崩壊をします.

●放射線治療の効果や,どのように行われているのかなど知りたいです.

●レントゲン写真を撮り続けても身体に害はないんですか?

●結局,放射能 or 放射線は体に悪いのですか? 悪いならそれはどうしてですか?

次回,関係するところをやります.

●北里大学に放射能を扱っているところがあったんですね!! 知りませんでした.あと残り少ない授業,がんばります!!

●この前,NHKの高校講座で,放射能についてやっていたのを見たばかりなので,興味がすごくあります.その時は,放射能を見てみようなどと言っていて,おもしろかったです.

●私は原子力発電所のある町に住んでいるので,原子力関係の話にはすごく興味があります!!来週の話が楽しみです.

●放射線の話は興味深かったです.原子爆弾の放射能もこんなものですよね.

●p184の図7.2で崩壊して行く過程で同じもの(214Pbと206Pbなど)になっていますが,これは同素体ですか?

同位体です.同素体ではありません.

●Uとかが地球上から無くなった場合,地球に何らかの影響を与えるのですか?

それが原因で地球がどうにかなるということはありません.

その他

●改めて化学(科学)ってすごいなぁと感じました.もっとたくさん,いろいろなことを知りたいと思いました.

●日常生活で化学が応用されているものもいつもおもしろいって思ってます.

●化学の授業をうけていると,いつも「この法則考えた人すごいな」と思います.とくに分子とか原子,目に見えないものを発見するなんてスゴイ!!

●だめだと思いつつも眠ってしまいました.すみません。。。

●昨日の夜やらなきゃいけない課題があり,朝5時に寝たので授業寝てしまいました・・・.

●先生は過去問とかテストで出るところを教えてくれるのでがんばれそうです.私は化学のテストとか初めてなのでチャレンジみたいな難しい問題はやめて下さーい.眠すぎて寝ちゃいましたごめんなさい

●すいません すっごい寝ちゃいました.

●今日の朝,JR相模原駅で先生のこと見かけました!

わるいことはできない.

●メントス不思議ですね!笑 夏休みやってみます(^^)/

屋外でやりましょう.室内だとそうじがめんどうです.

●昨日アボガドをしょうゆで食べたら,まぐろ(トロ)の味がしました! 私これがけっこう好きだし,ヘルシーで良いと思って食べるんですが,なんでマグロの味になるんでしょうか?

味覚はいろいろな要素が複合的に関係するものなので,ひとことでどうしてかと言い切ることができないのですよ.

●オーブンレンジのしくみもあとで教えて下さい! トースター機能もついているやつもあります!!

赤外線の電磁エネルギー.

質問

●暖房の前あたりがもやもやしているように見えるのは,気体が激しい運動をしているからですか?

空気のゆらぎ.

●部活でなかなか勉強できてないんですが,化学って今からでも大丈夫ですか?

短期集中型なら余裕かもしれません.まずは模擬問題をやってみましょう.

●わからない問題があって聞きたいときはどうすればいいですか? 先生は何曜日いらっしゃいますか?

原則として月曜から金曜まで毎日来ています.時間割は以下のURL参照.

●北里の先生って,みんな北里柴三郎の歴史を知っているんですか?

こまかい年月日とか関係者のフルネームとかは別として,おおまかな歴史は知っているんじゃないでしょうか.100年ほど前の北里研究所設立のころのできごとは,有名なエピソードなので,生命系の研究者だと学外でも知っている人がたくさんいます.

●うち水の話なんですが,水蒸気が熱をうばって周りを冷やすってことで良いんですか?

そうです.

次回予告

第7章「原子と放射能」を終わらせ,第8章に進みます.

リンク

www.tnojima.net
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