看護学科の化学講義(13)気体の法則・化学反応

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

先週の講義録参照

• (12)状態変化(2011-07-08)

配布物

• 気体の法則
• 前期試験模擬問題計算問題の訂正

気体の状態方程式

「ボイルの法則PV一定」と「シャルルの法則V/T 一定」をあわせて「ボイル-シャルルの法則 PV/T 一定」が得られます．これを物質量nの場合に拡張して一般化すると，気体の状態方程式が得られます．

PV=nRT

ここでRは気体定数と呼ばれる定数です．SI単位を用いて表すとR=8.31 J mol^-1 K^-1です．

気体定数を定義に従って導く

気体定数をはじめ様々な物理定数が公式とセットになっています．こういう物理定数を暗記するのは大変です．「とりあえず暗記」というやりかたを続けていると，これから先に数百種類の物理定数を暗記しなければならなくなります．定義に基づき，必要に応じて導き出せる状態にしておくことが重要です．

その一例としてRを導いてみました．

PV=nRTを変形するとR=PV/nTとなるので，ここからスタート．1 molの気体は1013 hPa，273 Kにおいて22.4 Lの体積を占めるので，以下のようになります．

R=(1013×10² Pa)(22.4×10^-3 m³)/(1 mol)(273 K)=8.31 Pa m³ mol^-1 K^-1

ここで，1 Pa m³=1 N m^-2 m³=1 N m=1 Jなので，Rの単位を次のように整理できます．

R=8.31 J mol^-1 K^-1

気体定数が与えられてない場合には，このようにして求めることができます．

分圧の法則

混合気体を構成する気体分子それぞれの示す圧力の比は，それらの物質量の比に等しい，という法則です．

ヘンリーの法則

溶媒と化学反応せず，溶解度が低い気体分子を溶媒に溶解させるとき，気体の圧力と溶解度とが比例する，という法則です．

炭酸飲料水の製造工場では大気圧以上の圧力の二酸化炭素ガスをカンなりビンなりに与えて溶解させ，栓をして出荷します．栓を開けると気圧が大気圧まで下がるので，溶解度が低くなり，炭酸ガスは抜けてしまいます．

●法則の説明がわかりやすく，自分で計算することができて嬉しかった!!!●化学平衡がおもしろかった．身の周りのものでイメージできるとすごくわくわくする!!!●内容が深く難しかったです．ヘンリーの法則などは身近な事柄に置き換えると分かりやすいですね．●気体のところはどうも苦手です．難しかったです．●圧力ってすごい!!●今回法則やら単位やらが多く，頭がついていきにくかったです．圧力苦手ですが，今日のこと覚えて使うようになりたいです．ボイルシャルル複雑で計算しにくいです．●今日やったとこ苦手です泣●気体の法則嫌いでーす．

●もしエタノールを燃やした時のエネルギーが元のエネルギーに戻ったと仮定して，エタノールはエタノールのまま変化しないのですか?

はい．活性化状態を乗り越えて行けなければ反応物のままです．

●今日はがっつり化学IIですね．高校のとき体積が「L」だったし，「R=8.3×10³」でやっていたのでちょっと混乱です．．．

単位に注目すればおなじことです．8.31 J K^-1mol^-1 = 8.31 Pa m³ K^-1mol^-1 = 8.31×10³Pa L K^-1mol^-1です．

反応速度論

反応が進むためには，エネルギー的に乗り越えなければならない「山」があります．それが活性化エネルギーE_actです．反応物が生成物に変換される瞬間の状態を活性錯体もしくは遷移状態と呼びます．反応物のポテンシャルエネルギーと，生成物のポテンシャルエネルギーとの差がΔHです．ΔHが負のとき発熱反応，正のとき吸熱反応になります．

つづきは来週．

計算問題

0 ℃，1013 hPaで44.8 Lを占める窒素N₂の物質量，質量，25 ℃における体積を求めよ．Nのモル質量は14.0 g mol^-1，0 ℃=273 Kとせよ．必要があれば気体定数としてR=8.314 J K^-1 mol^-1=8.314 Pa m³ K^-1 mol^-1を用いてよい．

答えはこちら→「気体の法則」確認問題の解答

●わかりません!●むずかしー計算のしかた覚えなきゃ－．●よくわからなくなりました・・・・．もう一回計算の説明をしていただけるとうれしいです．●体積の求め方が全然わからないです．．．●むずかしかった●気体定数難しい!頑張ろうと思った．●難しい!●計算になるとわからなくなります．●今日難しかったです．これテストに出さないでください●単位の変換の仕方がわかりません．化学はここらへんをやってニガテになってしまったので，大学で挽回します!!●計算難しいです．●いみがむずかしいです．わかりません．●どうしよう!むずかしい!!●体積の計算がわからなかった．●むずかしすぎます●ここらへん難しいです●むずかしい!!●計算の仕方が分からないです(T_T)●全然わかりません!!●今日のむずかしいです●ボイルシャルル高校で習ってないから辛い．●いつmol^-1とかをつければいいのかがわかりません．

●計算が難しかったです．計算のとき圧力を1013hPaから1013×10² Paになおして計算したほうがいいですか．

そうしないと2桁ズレます．

●VとかnとかRとかTとかどれがどれだかわからなーい!

説明しましたよ．

●難しいです．分からないです．物理量を求めるときは公式使わないとダメですか?

どのような方法でも正しく求められればOK.

試験近づく

●テスト頑張ろう!●特にありません●テスト勉強って大変ですね．●途中に「ひとやすみ」があった方が良かったです♪●今回は途中にスライドを入れていただきありがとうございました．私個人的には眠くをなくす効果抜群でした!●テストがんばって後期分もかせぎたいです!●今日の3限英語の試験です．やばいです．つらいです．がんばれないです．●まだ化学の勉強はじめてません!!今週末からやらないとやばいです．やります．誓います!!

●テスト勉強怖くてできません(TOT)化学こわいです(TOT)(TOT)

何度も言っていますが，化学は前期試験のラスボスではありません．化学がダメな人は他の科目もダメで，ダメダメな状態だから化学もダメという本当にダメな以下略．

●テストは本当に本当に頂いた過去問の問題ができれば大丈夫なんですか!?

過去問と，模擬問題をやってみて，6割できていればおそらく合格．同じ問題は出さないから答えを暗記してきてもダメ．

●私はやっぱり文系です．

文系の大学に行っていたら「私はやっぱり理系です」と言っていたかもしれませんよ．

●先生は太ったことありますか．

ありません．

●先生明後日誕生日おめでとうございます(^o^)

はい．ありがとうございます．

●この夏，また一段と焼けちゃったんですが，漂白剤を肌に塗っても無意味ですか?白くなりたい・・・

日焼けは肌の表面が焦げるわけではなく，色素沈着によるものなので，漂白剤を塗ってもだめです．それは有害な処置です．

●新しくなった我が家の洗濯機でAg⁺できれいにする?とかなんとかの機能があるのですが，洗濯機の中でイオン作って出してるってことですか?

銀のプレートがあって電気分解を使ってちょっとずつ銀イオンを出すしくみになっていますね．我が家にもその機能を持った洗濯機があります．が，有効利用していません．

●授業中うるさい時があって嫌です．

大学の自治にかかわる問題なので次回，注意を促します．

次回予告

平衡反応を学びます．2011年度前期はここでおしまい．その次の週は前期試験です．

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