医療工学科の化学講義(2)物質の構造

本日も出席者数89名．おそらくこれで決定でしょう．昨年度よりも5名増加．

前回の講義に対する質問コメント感想その他いろいろの紹介

前回の講義録に記載してあります↓

• (1)講義方針と序論(2011-04-13)

分子の解体

先週はコップの中の水を半分にして半分にして半分にして・・・とやっていくと，最後の一粒である水の「分子」につきあたる，というところを紹介しました．今回はその分子がどのようなしくみになっているのかを扱いました．

水分子を解体すると，酸素原子と水素原子になります．酸素原子も水素原子もさらに解体することができて，電子と原子核に解体できます．電子の解体はここでおしまい．原子核は陽子と中性子に分けられます．化学で扱うのはここまでです．

判断基準は「分子はどうなっている?」

物質が気体，液体，固体の状態を取り得ることは高校までに学んできました．しかし，それぞれの状態はどのように違うのでしょうか．気体では分子が乱雑に暴れまくっている状態です．これがおとなしくなって，せいぜい分子同士が入れ替わる程度になったものが液体です．さらに動きがおとなしくなり，分子自身揺れたり震えたりできるものの，入れ替わることのなくなった状態が固体です．三種類の情状態は，分子がどうなっているかを基準に区別できるのです．

物理変化と化学変化の区別も，分子がどうなっているかを基準に区別できます．ガラスが割れる変化では，割れる前も割れた後もガラスはガラスです．これは物理変化．鉄が錆びるのは鉄が酸化鉄という別の物質になったからなので，化学変化．

化学式と化学反応式

化学反応は，分子を構成している原子が組み変わる変化です．水素ガスと酸素ガスとが反応して水蒸気になる反応では，2個の水素原子どうし，酸素原子どうしの組み合わせが解消されて，新しく水素原子と酸素原子との結びつきができます．こうした反応を分かりやすくあらわしたものが化学反応式です．水素と酸素から水が生じる反応は以下のように書きます．

2H₂ + O₂ → 2H₂O

元素と元素記号

現時点で112種類の元素記号が用いられています．このなかから，どのあたりまでを覚えておくべきかを具体的に指示しました．

まず

• 1番「H」から順に20番「Ca」まで順に．

続いて，

• (1)H, Li, Na, K, Rb, Cs，
• (2) Be, Mg, Ca, Sr, Ba,
• (3) F, Cl, Br, I,
• (4) He, Ne, Ar, Kr, Xe

の4グループ．専門科目や仕事などで他の元素を詳しく扱うことになったら，そのときはその元素について知識を追加すればOKです．

SI単位系

メートル，キログラム，秒，ケルビン，モル，アンペア，カンデラ，が基本単位です．これらを組み合わせてすべての「量」を記述します．ただし体積をあらわすリットルは併用OK．ほかにも暫定的に併用してよい単位があります．

「スムート」

半世紀前，マサチューセッツ工科大学の学生が，スムートという学生を単位に橋の長さを測りました．橋の長さは364.4 スムート+1 耳．スムート君は卒業後，国際標準化機構(ISO)の会長，全米規格協会(ANSI)の会長もつとめました．2008年には「スムート単位誕生50周年記念式典」まで行われました．事実は小説より奇なり．

技術者の基本能力「数値計算」理解度テスト

単位換算と累乗計算の能力をチェック!

• 技術者の基本能力「数値計算」理解度テスト

微積分を使うわけでもなく，三角関数を使うわけでもない簡単な計算．しかしいきなりやれと言われると，なぜかできない数値計算．Lとm³の関係がわかっていない人多数．10 cm立方の箱の体積が1 Lだと気づけば困らないのですが，機械的に1 L=10^-3 m³と暗記するやり方を続けてきた人にとっては，暗記した知識を忘れた瞬間にお手上げ．そういう考え方は技術者に向いていません．

質問コメント感想その他いろいろ

• スムート

●スムートくんが楽しかったです．

●スムートがおもしろかったです．化学があらゆる科目の基礎であることを再確認．

●事実はわからんな

●毎回楽しい授業をありがとうございます．スムート君のは面白かったです．

●スムートすごい!!!

●雑談がほどよい長さで，しかもおもしろくて楽しかったです．

●アメリカ人のようにユーモアをもってやりたい．

●スムート君の話，おもしろかったです．

●スムートの件はなかなか面白かったです．

●こんど友達を使って橋の長さを測ろうと思います．

• 単位系の事情

●単位自体にこんな歴史があるなんて知らず，とても楽しい講義だった．

●単位の話がおもしろかったです．

奥が深い．そして正しく理解していないと事故を起こす．

• 地獄の単位換算

●案外忘れかけてやばかったです．

●多く間違っていると思う．勉強しないとまずい．

●答えを出して本当にこれでいいのか不安になりました．

●分かりません．

●実際やってみると，一瞬わからなかったです．

●単位換算が苦手なので早く克服したいです．

●やばいです・・・・

●1回習ったところだけどできなくてあせった．

●挫折

●挫折．

●まずい・・・

●わかりません．

●単位は思っていた以上に大変だった．

●単位変換むずかしいです．

●きづかずぬけているところをいっぱいみつけられてよかった．命にかかわる仕事なので，しっかりやることをやっていきたい．

●数値計算を知っているつもりだったのに，実際やってみると難しかった．

●m, cm→L, mLへの書き換えを忘れていた．

●単位がわかりません．

●意外と単位は計算がしにくかった．

●単位変換は基礎であるが，確信をもって変換できなかったので，しっかりと理解しておきたいと思った．

●学習サポートセンターに行ってきます．数値計算に早く慣れたい．

●意外とできなかった・・・．体積リットル忘れてました．

●単位変換がずーっと苦手です．今回もあってるのかかなり不安です．ちゃんと帰ってから見直してみます!!

●全て解いたものの全く自信がないです．

●単位なんて楽勝と思っていたけど，意外とどうやるんだっけ? となっていた．今まで特に単位に気にしなかったからかなと思う・・・

●正直，このテスト，自信ないです．

●自信ないです

●単位換算が本気で苦手です．

●この問題，なにげに難しいかも・・・・

●まさかここまでできないとは思っていなかった．

●数値計算は出直してきます．すみません．

●計算がつらかったです．何ケタか間違っている気がしてならないです．

●1 L=1000 mLでしかおぼえていませんでした．m=10^-3，c=10^-2，d=10^-1で覚えているので，Lの位置がよくわかっていません．

●単位変換って意外とウッとなります

●SI単位系をはやく理解して行きたいです．

計算と単位換算と有効数字の処理をすべてクリアした答案は25枚．有効数字を大目にみると50枚くらいかな．医療工学専門家への道のりは険しい．

• 決意宣言

●将来のためにこれからちゃんと勉強していこうと思った．

重要．

• Twitter

●先生のツイートを見ていると結構楽しい．

●ツイッターの先生，非常におもしろいです笑 ピーピー(^ ^)/

ピーピー言ってるのは諸君の先輩．臨床工学専攻は2年前期に週25コマ必修．徹夜あたりまえの生活．スピード勝負でレポートを片付けるらしいんだけど，そんなときに数値計算と単位換算に慣れていないとどうなるかは以下略．

• 全般

●聞き取りやすくノートも取りやすく授業を受けやすいです．

●今日の講義も面白かった．

●今日も楽しかった．

●教科書の「パノラマ」を読むのがおもしろいです．高校の頃は図説を使ってよく覚えてました．次回もがんばります．

●例とかをいっぱい出してくれて非常にわかりやすかった．

●分かりやすかったです．

●とても分かりやすい

●分かりやすくて毎回楽しいです．

●化学大好きです．ご指導よろしくお願いします．

• 質問

●SI単位のSIって何ですか?

The International System of Unitsのフランス語の頭文字．

自習課題

• p340-342 「有効数字の使い方」を読んで理解しておく
• p36-57 「2 エネルギー」を読んで理解しておく

配布物

• 高校化学到達度テストの解答

次回予告

教科書2章「エネルギー」をやります．高校物理を履修していないとワケがわからないところなので，解説プリントを配布します．

リンク

www.tnojima.net
www.tnojima.net

生命科学のための基礎化学―無機物理化学編