「化学」とは何か 英語版Wikipediaより その4

「その3」では目次のうち

2.2 フェーズ

2.3 結合

2.4 エネルギー

を訳出した。

「その4」では

2.5 反応

2.6 イオンおよび塩

2.7 酸性と塩基性

2.8 酸化と還元

2.9 均衡

を訳出する。

反応(リアクション)

化学物質が他の物質との相互作用またはエネルギーの結果として変換されると、化学反応が起こったと言われる。

したがって、化学反応は物質が他の物質と密接に接触するときの「反応」に関連する概念です。

混合物であろうと溶液であろうと、 何らかの形のエネルギーへの暴露、あるいはその両方が含まれる。

それは、反応の構成要素とシステム環境との間で、なんらかのエネルギー交換をもたらす。

反応は実験室のガラス器具の中で起こるように設計することもできます。

化学反応は、分子の形成または解離をもたらす。これは、分子が2つ以上のより小さな分子を形成するように崩壊する。または分子内または分子間の原子の再配列を伴うこともある。

化学反応は、通常、化学結合の形成または切断を伴う。酸化、還元、解離、酸 - 塩基中和および分子再配列は、一般的な化学反応の代表である。

化学反応は、化学式を用いて象徴的に示すことができる。原子核の変化を伴わない化学反応では、方程式の両辺の原子の数と種類は等しい。

核反応は核粒子、すなわち陽子と中性子に対してのみ当てはまる。

反応とメカニズム

化学反応の過程で化学結合の再編成が起こる。この一連の過程をその機構と呼ぶ。

化学反応は多数のステップで行われる。それぞれが異なる速度を有すると想定される。 従って、反応の過程で可変安定性を有する多くの反応中間体を想定することができる。

反応のメカニズムと中間産物を説明するために多くの反応メカニズムが提案されている。多くの物理化学者は、このようなメカニズムを探求し、提案することに特化しています。

なかでもWoodward-Hoffmannの法則のようないくつかの経験則は、化学反応のメカニズムを解析するのに役立っています。

ウッドワード・ホフマン則 ペリ環状反応の選択性を説明する法則。 その内容から軌道対称性保存則とも呼ばれる。
ということでペリ反応を知らない人には無縁のもの。

IUPACのゴールドブックによれば、化学反応は「化学物質の相互変換をもたらすプロセス」である。したがって、化学反応は、基本反応または段階的反応であってもよい。

IUPAC 国際純正・応用化学連合(International Union of Pure and Applied Chemistry)の略称。ここの命名法が世界で用いられている。ゴールドをふくめ8色の本があるが、化学用語はゴールドに集約されている。

この定義には、配座異性体の相互変換が実験的に観察可能である場合が含まれるという点で、さらに注意が必要である。

そのような検出可能な化学反応は、通常、この定義によって示されるような分子実体のセットを含む。しかし、単一分子の実体を伴う変化にもこの用語を使用することは、しばしば概念的に便利です(すなわち、「顕微鏡的化学事象」)


イオンと塩(ソルト)

イオンは、1つまたは複数の電子を失ったまたは獲得した荷電種、原子または分子である。

原子が電子を失って電子よりも多くのプロトンを有するとき、原子は正に荷電したイオンまたは陽イオンである。原子が電子を得てプロトンよりも多くの電子を有するとき、原子は負に荷電したイオンまたは陰イオンである。

カチオンおよびアニオンは、Na +およびCl-イオンなどの中性塩の結晶格子を形成して塩化ナトリウムまたはNaClを形成することができる。

酸 - 塩基反応中に分裂しない多原子イオンの例は、水酸化物(OH)およびリン酸塩(PO43−)である。

プラズマは、通常は高温によって完全にイオン化された気体状物質からなる。


酸性と塩基性

物質は、しばしば酸または塩基としても分類される。

酸塩基の挙動を説明するいくつかの異なる理論がある。最も単純なのはアレニウス理論である。

「酸は水に溶解するとヒドロニウムイオンを生成する物質であり、塩基は水に溶解すると水酸化物イオンを生成する物質である」というものである。

Brønsted-Lowry酸塩基理論によれば、酸は、化学反応において正の水素イオンを別の物質に供与する物質である。塩基は、水素イオンを受け取る物質である。

第3の理論は最も一般的なもので、新しい化学結合の形成に基づくルイスの酸塩基理論である。

ルイス理論は、酸が、結合形成のプロセス中に別の物質から一対の電子を受容する物質であることを説明している。塩基は、新しい結合を形成するために一対の電子を提供する物質である。

この理論によれば、交換される重要なことは電荷である。

この酸・塩基概念の歴史で明らかなように、物質が酸または塩基として分類される他のいくつかの方法がある。

酸強度は、通常2つの方法によって測定される。アレニウスの酸性度の定義に基づく1つの測定値はpHである。

これは、溶液中のヒドロニウムイオン濃度の測定値であり、負の対数スケールで表される。したがって、低いpHを有する溶液は、高いヒドロニウムイオン濃度を有し、より酸性であると言える。

ブレンステッド - ローリーの定義に基づく他の測定値は、酸解離定数(Ka)である。これは物質が酸として作用する相対的能力を測定します。

すなわち、より高いKaを有する物質は、低いKa値を有する物質よりも化学反応において水素イオンを供与する可能性が高い。


酸化・還元(レドックス)

レドックス(還元酸化)反応には、電子が得られ(還元)、電子が失われる(酸化)原子の酸化状態が変化するすべての化学反応が含まれます。

他の物質を酸化する能力を有する物質は酸化性であると言われ、酸化剤、酸化剤または酸化剤として知られている。酸化剤は、他の物質から電子を除去する。

同様に、他の物質を還元する能力を有する物質は還元性であり、還元剤、還元剤または還元剤として知られている。還元剤は、電子を別の物質に移動させ、それによって酸化される。

電子を「寄付」するので、電子供与体とも呼ばれます。

酸化および還元は、酸化数の変化を適切に意味する。実際の電子の移動は決して起こり得ない。

したがって、酸化は、酸化数の増加、および酸化数の減少としての減少としてよりよく定義される。

 

平衡(イキリブリアム)

平衡の概念は、化学の文脈において科学全体にわたって広く使用されているが、化学組成の多数の異なる状態が可能な場合にいつでも発生する。

例えば、相互に反応することができるいくつかの化合物の混合物、または物質が複数の種類の相に存在することができる場合。

平衡状態の化学物質の系は、たとえ変化しない組成を有するとしても、しばしば静的ではない。

物質の分子は相互に反応し続け、したがって動的平衡を生じる。したがって、このコンセプトは、化学組成などのパラメータが経時的に変化しない状態を記述する。