鈴木頌の発言 国際政治・歴史・思想・医療・音楽

中身が雑多なので、右側の「カテゴリー」から入ることをお勧めします。 http://www10.plala.or.jp/shosuzki/ 「ラテンアメリカの政治」がH.Pで、「評論」が倉庫です。「なんでも年表」に過去の全年表の一覧を載せました。

「化学」とは何か 英語版Wikipediaより その3

 

「その2」では目次のうち

2.1 物質

                2.1.1 原子

                2.1.2 要素

                2.1.3 化合物

                2.1.4 分子

                2.1.5 物質および化合物

                2.1.6 モルと物質の量

までを訳した。

「その3」では

2.2 フェーズ

2.3 結合

2.4 エネルギー

を訳出する。

 

2.2 位相(フェーズ)

異なる化学分類を区別する特定の化学的性質に加えて、化学物質はいくつかのフェーズで存在することができる。

ほとんどの場合、化学分類はこれらの内部相分類とは独立している。

しかしながら、より外部的な相は、ある種の化学的性質と両立しない。

相は、圧力または温度などの条件の範囲にわたって、同様のバルク構造特性を有する化学系の状態の集合である。

密度および屈折率などの物理的特性は、相の特性値内に収まる傾向がある。

物質の相は相転移によって定義される。相転移は、システムに投入された、またはシステムから取り出されたエネルギーがバルク状態を変更せずに、システムの構造を再編成することです。

このあたり、さっぱりわかりません。「バルク相」はCampbellらが1962年に発表した概念なのだそうですが、界面化学だの結晶学だのという用語がわからないと、その解説もますます謎を深めます。

相転移は不連続な境界を持ちますが、時に連続的であることがあります。この場合、物質は超臨界状態にあると考えられます。

相の最もよく知られた例は、固体、液体、および気体である。多くの物質は複数の固相を示す。

例えば、固体鉄においては温度および圧力に基づいて変化す3つの相が存在する。例えば石炭と黒鉛とダイヤモンドである。

固相間の主な違いは原子の結晶構造または配列である。

一般的に遭遇するもう一つの段階は、液相である。これは、水溶液中に溶解した物質の状態である。

あまりよく知られていない相には、プラズマ、Bose-Einstein凝縮物およびフェルミック凝縮物、ならびに磁性材料の常磁性および強磁性相が含まれる。(まったくわからないが一切飛ばす)

 

2.3 結合(ボンディング)

分子または結晶中に互いに粘着している原子は、互いに結合していると言われている。

化学結合は、核内の正電荷とその周囲を振動する負電荷との間の多重極バランスとして視覚化することができる。

単純な引力と斤力のエ強さと分布は、電子が他の原子に結合する可能性を特徴づけるものです。

化学結合は、共有結合、イオン結合、水素結合またはファンデルワールス力によるものであってもよい。(ファンデルワールスはとりあえずわからなくてもよさそう)

これらの種類の結合はそれぞれ、ある程度のポテンシャルがあり、分子や結晶中に原子を一緒に保持する相互作用を作り出します。

多くの単純な化合物では、原子価結合理論、原子価シェル電子対(でんしつい)反発モデル。

valence shell electron pair repulsion ruleの頭文字をとってVSEPR理論とも呼ばれる。「原子価軌道上の電子は相互に反発し、電子対はその反発が最も小さくなるように配置する」らしい。

また、酸化数の概念を用いて分子の構造と組成を説明することができます。

金属が1つ以上の電子を失うとイオン結合が形成され、正に荷電したカチオンになり、電子は非金属原子によって得られ、負に帯電した陰イオンになる。

反対に荷電した2つのイオンは互いに引き合う。イオン結合は、それらの間の静電気力です。

例えば、金属であるナトリウム(Na)はNa +カチオンになるために1電子を失うが、非金属である塩素(Cl)はこの電子を得てCl-になる。 イオンは、静電引力のために一緒に保持される。

そして、その化合物の塩化ナトリウム(NaCl)または一般的な食塩が形成される。 

共有結合において、原子価電子の1つ以上の対は、2つの原子によって共有される。その結果として得られる電気的に中性の結合原子団は、分子と呼ばれる。 

原子は原子価電子を共有して、各原子の希ガス電子配置(最外殻に8電子)を作り出す。

価電子帯に8個の電子を持つように結合する傾向がある原子は、オクテット規則に従うと言われています。

しかしながら、水素およびリチウムのようないくつかの元素は、この安定な構成を達成するために、最も外側の殻に2つの電子のみを必要とする。

これらの原子はデュエットの規則に従うと言われており、このようにして外側の殻に2つの電子を持つ希ガスヘリウムの電子配置に到達している。

同様に、古典物理からの理論を用いて多くのイオン構造を予測することができる。

金属錯体のようなより複雑な化合物では、原子価結合理論はあまり適用されず、分子軌道理論のような別のアプローチが一般的に用いられる。


エネルギー

化学の範疇においてエネルギーは、物質の原子、分子または化学構造の変化として生じる属性である。

化学変化とエネルギー

化学的変化は、これらの構造のうちの1つまたは複数の変化を伴う。したがって物質のエネルギーの増加または減少を必ず伴う。

ある種のエネルギーは周囲と反応の反応物との間で熱または光の形態で伝達される。

したがって、反応生成物は、反応物(リアクタント)よりも増減したエネルギーを有することになる。

最終状態が初期状態よりもエネルギースケールにおいて低い場合、反応は発エルゴン反応(exogonic)であると言われる。吸エルゴン反応(endergonic)の場合、その状況は逆である。

反応が周囲に熱を放出する場合、反応は発熱性であると言われる。吸熱反応の場合、反応は周囲からの熱を吸収する。

化学反応は、反応物が活性化エネルギーとして知られるエネルギー障壁を超えなければ、常に不可能である。

化学反応の速度(所与の温度Tで)は、ボルツマン因子に関係している。これは、所与の温度Tにおいて、分子がE以上のエネルギーを有する確率である。

此処から先は五里霧中です。まずボルツマン因子ですが、「温度T の熱平衡状態にある系において、特定の状態が発現する相対的な確率を定める重み因子」だそうです。
すごく単純化すると「反応速度を定める係数」みたいなもののようです。これがボルツマン係数(k)と呼ばれるものです。

この反応速度が温度に指数関数的に依存することは、アレニウス方程式として知られている。

アレニウスの式: ボルツマン定数 k と絶対温度 T との関係を表わす式で、Eが活性化に要するエネルギーを示す。  k=A exp (-E/RT)

化学反応が起こるのに必要な活性化エネルギーは、熱、光、電気または機械的な力の形で超音波の形態であり得る。

関連概念である自由エネルギーは、エントロピーも考慮に入れ、熱力学における反応の実現可能性を予測し、化学反応の平衡状態を決定するための非常に有用な手段である。

この反応は、ギブス自由エネルギーの総変化が負である場合にのみ実現可能である。変化がゼロなら化学反応は平衡状態にある。

電子、原子、分子のエネルギー

電子、原子、分子には限られたエネルギー状態しか存在しない。それは、結合されたシステムのエネルギーの量子化を必要とする量子力学の規則によって決定される。

高エネルギー状態の原子/分子は励起されたと言われる。励起エネルギー状態にある物質の分子/原子はしばしばより反応性が高い。 すなわち、化学反応に対してより敏感である。

物質の位相は、必ずそのエネルギーと周囲のエネルギーによって決定されます。

エネルギーとフェーズ

物質の分子間力が周囲のエネルギーがそれらを克服するのに十分でないようなものである場合、それは水(H 2 O)の場合と同様に液体または固体のようなより規則正しい相で生じる。

水の分子は水素結合によって強く結合されているため、室温では液体です。いっぽう硫化水素(H2O)は、その分子がより弱い双極子と双極子によって結合されるので、室温および常圧では気体である。

ある化学物質から別の化学物質へのエネルギー移動は、ある物質から放出されるエネルギー量の大きさに依存します。しかし熱エネルギーはより容易に移行する。

物質中の振動および回転エネルギーにより発生する音子(フォノン)は、電子エネルギー移動が誘発する光子よりもはるかにエネルギーが少ないを有するからである。

したがって、振動エネルギーレベルおよび回転エネルギーレベルは、電子エネルギーレベルよりも密接に離れているので、熱は、光または他の形態の電子エネルギーに対して物質間でより容易に伝達される。

例えば、紫外線電磁放射は、熱的または電気的エネルギーと同様に、ある物質から別の物質に多くの有効性で移動されない。

異なる化学物質の特徴的なエネルギーレベルの存在は、スペクトル線の分析による同定のために有用である。

様々な種類のスペクトルが化学分光法でしばしば使用される。 IR、マイクロ波、NMR、ESRなど

分光法はまた、遠隔の物体(星や遠方の銀河など)の組成を、その放射スペクトルを分析することによって識別するためにも使用されます。

化学エネルギーという用語は、しばしば、化学反応を介して変換を受ける化学物質または他の化学物質を変換する可能性を示すために使用される。


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