自作問題の解答と解説(たまに科学に関するブログ)

基本的に自作問題の解答と解説を投稿し、たまに、科学に関するようなブログを投稿します。

MENU

化学 問題No.6の解答&解説

※ここは私がツイッターにて出した問題の回答を公開している場所です。まだ問題解いてないよ~っていう人は私のツイッターをご覧ください
私のアカウント→https://twitter.com/bot75098033

 

今回の問題はセンター化学の最後あたりの問題でよくある重合体の計算を出してみました。手元にある赤本で確認しましたが、一応このような問題は標準だそうです。しかし、初めて見たりすると難しく感じると思います。

でも、数回解いたことがあるとラッキーと思うかもしれません。なぜなら聞いているレベルは外見だけ見れば難しそうですが、ふたを開けてみれば化学基礎なみのレベルですので、簡単に出来るようになると思うからです。

 それでは今回も解説をする前に問題と解答を公開します。

解答

 

 という問題でしたよね。そしてこの答えは、

質量:16.5g

体積:8.40L

となります。

解説

では解説していきます。まず、有効数字は、実測値の内、一番桁数が小さい数になります。今回の場合は、一番桁数が小さい数はなので、有効数字は3桁となります。なので、答えも3桁ではないといけません。

 

 有効数字を確認できたので、次に、二酸化炭素の質量や体積を求めるために、物質量を求めましょう。

 

 まず、ポリ乳酸が1モルを完全に分解したときに、何モルの二酸化炭素が発生するのでしょうか?

 

 そんなのやってみないとわからないじゃんって思う人もいますが、そんなことはありません。

 

 今回の問題ではポリ乳酸を完全に分解します。その完全に分解するっていうのはどういうことかというと、今回の場合、乳酸に含まれる炭素原子や水素原子、酸素原子が全て水分子や二酸化炭素を形成する原子になるということです。

 

 つまり、ポリ乳酸の一つに含まれている全ての炭素が分子内の酸素やそれ以外の酸素と二酸化炭素を形成するということになり、その二酸化炭素の分子数は、乳酸に含まれる炭素原子数となります。

 

 なので、ポリ乳酸の一つと炭素原子の比を求めることによって、乳酸と二酸化炭素分子の比を求めることが出来ます。

 

 なので、問題にもありますが、再度ポリ乳酸の一つの構造式を見て、炭素を数えてみましょう。

f:id:science_mondaibot5325:20210611143154p:plain

図ー1

 この図から乳酸一分子には、炭素原子が3つあることがわかります。なので、ポリ乳酸の一つと炭素原子の比は

1:3

となり、その炭素原子数が発生した二酸化炭素分子数を表しているため、ポリ乳酸の一つと二酸化炭素分子の比も

1:3

となります。

 

 これらのことから、ポリ乳酸の一つの物質量に3n(nは重合体において、どのぐらいモノマーがくっついているのかを表しているが、式の途中で消えるので気にしなくていい)をかければ、二酸化炭素の物質量となることがわかると思います。そして、式としては

ポリ乳酸の一つの物質量×3n=二酸化炭素の物質量

となり、ポリ乳酸の一つのモル質量は、72.0・ng/mol(12×3+16×2+1×4)であり、今回の場合ポリ乳酸の質量は9.00gなので

(9.00/72.0n)×3n

=0.375mol

となります。

 

 二酸化炭素の物質量がわかったところで、あとは質量と体積を求めていくだけです。

 

 物質量から質量の求め方は

モル質量g/mol×物質量mol=質量g

でしたね。そして、二酸化炭素のモル質量は44.0g/mol(12+16×2)なので、

44.0×0.375

=16.5g

となり、二酸化炭素の質量は16.5gとなります。

 

次に体積を求めていきましょう。今回の場合、標準状態なので、1mol=22.4Lとなります。なので、

22.4×0.375

=8.4

となり、有効数字が3桁であることから、

8.40

となります。よって二酸化炭素の体積は8.40Lとなります。

 

わかりましたでしょうか。もしこれでもわからない場合はDMにて聞いてください(リプライや問い合わせでもいいですが、直接返答出来るわけではありません。更新してお伝えします。)。それでは!

 

コラム

 今回出てきた乳酸について話していきたいと思います。乳酸とはいったいどういうところにあるのでしょうか。生物を習った事がある人なら知っていると思いますが、実は私たち体にある細胞が細胞質にある解糖系にて、嫌気的条件下(酸素がない状態)の時に砂糖を乳酸にします。

 

 正確な順序は話せば長くなるため記述しませんが、このようにして乳酸が出来る*1わけです。

 

 ではそんな乳酸ですがどのような作用があるのでしょうか?それについて記述していきます。

 

疲労を感じさせる

 「乳酸がたまる」

 

 こんなこと言っている人はいませんか?実はこれはある意味あっていて、乳酸がたまる=体が疲労を感じているっていうわけではありませんが、あながち間違っていません。その理由は、乳酸を合成する上で水素イオンが出てきます。そして、その水素イオンが出てくるということは、体内の水素イオン濃度は高まり、筋肉のpHが低くなり、酸性度が高まります。これが疲れを感じる一因ではないかと言われているから*2です。

 

まぁ見出しを作りましたが、調べて見つかったのは一つだけですが。ですが、詳しい文献とかは調べて出てきます。信頼できそうな文献はありましたので、詳しいことを知りたい方はこちらをどうぞ。(PDFファイルなので、パソコンの場合は大丈夫ですが、スマホの場合はPDFファイルが開けるか確認しといてください)

 

本当にざっくりと要約すると、乳酸は酸性物質としては酸性度が高いから、疲労を感じるよみたいな感じです。

*1:私たちの体を形成する細胞だけではなく、乳酸を生合成する細菌もあります。

*2:

www.e-healthnet.mhlw.go.jp

化学基礎 問題No.5の解答&解説

※ここは私がツイッターにて出した問題の回答を公開している場所です。まだ問題解いてないよ~っていう人は私のツイッターをご覧ください
私のアカウント→https://twitter.com/bot75098033

 

 今回の問題は少し簡単な問題にしました。とはいえ、センターレベルなので、こういう問題は出ると思います。また、今回は少し公式を主に理解してほしいので、公式に当てはめさえすれば、計算はとても簡単です。多分計算式だけ出したら、寝起きでも出来ると思います。保証はしませんが...

 今回も解説をする前に問題と解答を公開していきます。

解答

https://twitter.com/bot75098033/status/1401448777899200513

 

という問題でしたよね。そして、この答えは、

98.0%(98%と書きがちですが有効数字に合ってない為、×)

となります。

解説

 早速解説していきます。まず、今回の問題の有効数字は実測値の内、一番桁数が小さい値が有効数字の桁数でしたね。今回の場合、全て3桁で記載されているため、有効数字は3桁となります。なので、答えは3桁で答えなければいけません。

 

 さて、本題に戻りますが、今回のような問題、こういう問題を解いたことないとしても、これに似たような問題はありませんでしたか?

 

 授業にて問題を解くときにこういう問題が出されませんでした?

 

 「95.0%の硫酸のモル濃度は何mol/Lか。ただし、硫酸の密度は1.83g/cm^3とする」

 

 因みにこの問題の答えは、17.7mol/Lとなりますが、このような解き方は習いませんでした?

 

 1000×密度g/cm^3×(質量パーセント濃度%÷100)÷モル質量g/mol=モル濃度mol/L

 

 一応高校生の時の化学基礎のワークをパラっと見ましたが載ってませんでした。しかし、私が言ってた高校ではこのような公式を習ったと思います。習ってない人はこの公式を覚えておくといいです。因みに公式の詳しい説明は全体的の解説よりも下の方に記載しています。

 

 ではこの公式を見ていただければわかる通り、先ほど出した問題がこの式に当てはめることが出来るのは言わずもがな、今回の問題もこの式に当てはめることが出来ます。その理由としましては、今回の問題では、密度とモル濃度がわかっていて、質量パーセント濃度がわかっていませんが、質量パーセント濃度をxとして、それ以外を当てはめていった後に、移行すればいいからです。また、硫酸はH2SO4でモル質量は、32+16×4+1×2で、98g/molです。なので、

 1000×密度g/cm^3×(質量パーセント濃度%÷100)÷モル質量g/mol=モル濃度mol/L

→1000×1.83g/cm^3×(x%÷100)÷98g/mol=18.3mol/L

 

→図ー1へ

f:id:science_mondaibot5325:20210606002125p:plain

図ー1

となります。そして、有効数字に気を付けてた答えが98.0%となります。

公式の解説

 さて、ここまで解説しましたが、なぜ

1000×密度g/cm^3×(質量パーセント濃度%÷100)÷モル質量g/mol=モル濃度mol/L

という公式になるのか、解説していきます。

 

 まず式が出来るようになるにはどこを注目するのかというと、それは単位です。単位だけ計算すれば、その求めたい単位にたどり着くことが出来ます。

 

 今回の場合質量パーセント濃度%はもともと、溶質の重量÷溶質と溶媒の重量の合計×100で求めましたよね。なので、質量パーセント濃度は×100を含めて、g/gとします。また、100に関しては単位はなく、1000に関しては後程説明するので無視するとして、

g/cm^3×g/g÷g/mol

g/cm^3×g/g×mol/g

→mol/cm^3

となります。

 

 

...まって、今回求めたいのはmol/Lではないのか?と思う方がいると思いますが、でもあの公式通りだと、mol/Lにはなります。

 

 その理由は、1000をかけることによって、mol/cm^3のcm^3がLになるからです。

 では、なぜそうなるのでしょうか...

 

 皆さんは1mLは1cm^3というのを習いませんでしたか?これを応用すればいいんです。今回の場合、求めたいのは1Lです。その1LをmLで表すと、m(ミリ)は通常の1/1000倍の大きさを表しますので、1000mLとなります。これらのことから、1Lは1000cm^3となります。

 

 そして、/cm^3というのは1cm^3に対してという意味になりましたよね。なので、xmol/cm^3というのは1cm^3に対して、xmolあるということになります。

 

 そこで、先ほど言った通り1Lは1000cm^3、つまり、1000をかけることによって、mol/cm^3のcm^3をLと置き換えることが出来ます。

 

 なぜなのかよくわからない人に聴きますが、1mlに1g溶かした塩水に、同じぐらいの濃度の塩水を入れて、1000mL、つまり1Lにしたらそこに溶けた塩の量は何グラムになりますか?

 

 溶解度を考えなければ、単純に1000倍して、1000gになりますよね。

 

イメージするなら、同じ大きさの段ボールに二つのボールを入れて、その段ボールを並べたときに、一つの段ボールよりも複数の段ボールを密着して並べたときに、体積もボールも増えますよね。ちょっとボールの形がいびつだったり、段ボールからはみ出てたりしますが、イメージ図はこちらです。(図ー2)

f:id:science_mondaibot5325:20210606222123j:plain

図ー2

 ちまちま数えてくださったらわかりますが、ボールを〇としたとき、そのボールの数は、2個から40個に増えている、つまり、ボールの数が20倍であることがわかりますね。これは、段ボールが1個から20個に増えている、つまり、段ボールが20倍であることがわかるのと同時に、段ボールが増える量の倍数=ボールの増える量の倍数であることがわかります。

 

 言い換えると、一つの段ボールに対して二つのボールがあり、20つの段ボールに対して、40つのボールがあるということです。

 

 これらのことから、1000をかけることによって、mol/cm^3のcm^3をLと置き換えることが出来ることがわかると思います。

 

わかりましたでしょうか。もしこれでもわからない場合はDMにて聞いてください(リプライや問い合わせでもいいですが、直接返答出来るわけではありません。更新してお伝えします。)。それでは!

 

コラム

今回使われた硫酸は濃硫酸と言われる物質で、化学を勉強している人なら大抵の人が知っていると思いますが、その濃硫酸は脱水剤として使われています。例えば、エタノールからジエチルエーテルにする分子間脱水や、エタノールをエチレンにする分子内脱水の反応を起こす触媒として使われます。

  

 その脱水作用に関してはいろいろ使われていて、例えば、薬の製造や確認試験等使われています。

 

 因みに脱水作用はすごく恐ろしく、砂糖っていうのは炭素、酸素、水素の三つの原子からなり、たまに六角形になる構造を持っていますが、その砂糖があっという間に炭素の塊になるほどです。実際にyoutubeとかでも調べてみたら出てきますが、反応するまでは少し時間かかりますが、反応し始めたらあっという間でした。

 

 このように危険な硫酸ですが、実は身近にあります。もちろん濃硫酸という状態ではありませんが、希硫酸と言う状態でならあります。

 

 その希硫酸から濃硫酸にする方法も結構簡単です。とはいえ、悪用されたら問題ですし、反応性も凄まじいので、教えませんし、わかっててもやらないようにしてください。

 

 反応性のすごさとしては、水を入れただけですごく発熱したりして、硫酸がとび散るほどです。

 

化学 問題No.5の解答&解説

※ここは私がツイッターにて出した問題の回答を公開している場所です。まだ問題解いてないよ~っていう人は私のツイッターをご覧ください
私のアカウント→https://twitter.com/bot75098033

 

 今回の問題は前回に有機の分離に関する問題を出しまして、それに似た問題を作ってみました。有機でも無機でも、学部によりますが、どういう成分が混ざっているのか、成分を分けるのにはどうするのか等、化学を専門分野として大学で勉強する場合、今のうちにできた方が良いですし、センターでも出たことがあるため、大学受験をするにあたって、出来るようになった方がいいです。また、2番の問題に関しては、理解力を少しでも高めるためです。なので、2番の問題に関しては出来なかったからそれが問題なのかというとそうでもないと思います。ただし、問題ないのはセンター・共通レベルであって、尚且つ今のところはって感じです。

  今回も解説に入る前に問題と解答を公開します。

解答

https://twitter.com/bot75098033/status/1400361612343713796

 と言う問題でしたね。この答えはそれぞれ、

1.沈殿物Ⅰ:CuS

       沈殿物Ⅱ:Al(OH)3

  沈殿物Ⅲ:ZnS

2.操作Ⅰにて、沈殿物Ⅰを濃硝酸で溶かした後に過剰な量のアンモニア水を加えて、操作Ⅲにて、ろ液Ⅲに炭酸アンモニウム(NH4)2CO3でも可)を加えて沈殿があったらろ過をして、その沈殿を炎色反応で確認する。また、沈殿がない場合もその液体を炎色反応で確認する。

となります。2番に関しては字を太くした部分を書いているところがないとだめです。

解説

 まず、今回の問題の一番から解説をしていきたいと思います。

 

一番

 一番では、Al^3+、Na^+、Cu^2+、Zn^2+の四種類の金属イオンがあることがわかっています。ここで確認しておきたいことはどの金属イオンがどの条件下でどの物質と反応してどの沈殿を起こすのかというところです。

 

 たまにここで一つの金属イオンに対して、どういう沈殿反応が起きるのかを思い出そうとする人がいます。この方法でも解けないことはないですが、本当にそうじゃないと解けないのでしょうか?とても効率が悪く、混乱してきたりしないのでしょうか。

 

 何に対しても効率悪くてもある程度確認した方が良いという主張は分かりますので、一つの金属イオンに対して、どういう沈殿反応が起きるのかを思い出して確認しようとするのもわかります。

 

 しかし、そのやり方よりも効率がよく、安全に溶ける方法があります。その方法は単純で、大体の人がやっているやり方なんですが、その方法はただ単に沈殿反応が起きたところだけに着目して、その沈殿反応が起きた条件と合う金属イオンを探します。そして、答えが重複するってことはまずないと思ってください。あったとしてもそれは作成者側のミスなので。

 

 では、先ほど記述したやり方で解説していきます。まず操作Ⅰから説明します。「金属イオンの混合水溶液に希塩酸を加えたが、なにも沈殿しなかったので、そのまま、硫化水素を加えたことにより、黒色の沈殿が生じた。そして、ろ過をして、ろ液Ⅰと沈殿物Ⅰに分けた。」という操作でしたね。

 

 この操作では、最初に希塩酸を加えたけど沈殿反応は起きなかったと記述していますが、実はこれは大切なことで、その後の硫化水素が深く関係してきます。もちろん、今回の場合は、希塩酸は銀や鉛の金属イオンが存在することを確認するのも使いますが、溶液を酸性にするのにも使います。

 

 なぜなら、酸性、中性下ではないと沈殿しない場合塩基性、中性下ではないと沈殿しない場合、もしくはその両方とも沈殿する場合があります。そして、アルミニウムに関しては塩基性ではないと沈殿は起きません

 

 なので、今回の場合は希塩酸が入っている水溶液なので、その混合水溶液に硫化水素を入れる時には酸性です。そして、Al^3+、Na^+、Cu^2+、Zn^2+の中で、酸性下での硫化水素と反応して沈殿を起こす金属イオンはCu^2+だけです。そして、Cu^2+と硫化水素が反応したら硫化銅(H2S)となります。よって、沈殿物Ⅰの答えはH2Sとなります。因みに、Zn^2+も硫化水素と反応しますが、それは塩基性、中性下ではないと沈殿反応は起きません。

 

 次に操作Ⅱについて説明します。操作Ⅱは「ろ液Ⅰを加熱して硫化水素を取り出したあと、希硝酸を加えたあとに、アンモニア水を加えたら、白色の沈殿が生じた。そして、ろ過をして、ろ液Ⅱと沈殿物Ⅱに分けた。」という操作でしたね。

 

 ここで確認してほしいことは、Cu^2+が沈殿したことから、ろ液ⅠにはAl^3+、Na^+、Zn^2+の三種類の金属イオンがあることです。また、硫化水素を取り出すので、ここで塩基性にしてもAl^3+とZn^2+が硫化水素と反応して、沈殿することはありません。

 

 そして、この操作では硫化水素を除いて希硝酸を加えた後に、アンモニア水を加えて沈殿が起きています。つまり、Al^3+、Na^+、Zn^2+の中から、アンモニア水と反応して沈殿を起こす金属イオンを見つければいいです。

 

 そしてその金属イオンはAl^3+となります。Na^+とZn^2+はアンモニアと反応しても、沈殿しません。よって、沈殿物ⅡはAl^3+とアンモニア水が反応してできた水酸化アルミニウムAl(OH)3)であるため、答えはAl(OH)3です。

 

 最後に操作Ⅲについて説明します。操作Ⅲは「ろ液Ⅱにそのまま硫化水素を加えたら、白色の沈殿が生じた。そして、ろ過をして、ろ液Ⅲと沈殿物Ⅲに分けた。」という操作でしたね。

 

 ここで確認してほしいことは、ろ液Ⅱはろ液ⅠからAl^3+を取り除いたため、Na^+、Zn^2+の二種類の金属イオンの混合水溶液となります。また、沈殿反応を示すほどのアンモニア水を加えているため、その水溶液は塩基性となります。

 

 そして、今回も硫化水素を加えることになってますね。しかし、操作Ⅰの時とは違って、今回の水溶液は塩基性です。なので、塩基性の時に反応する金属イオンが硫化水素との沈殿物が出来ます。

 

 今回の場合はZn^2+です。ここで、一つ言いますがNa^+は全く持って沈殿しません。つまり、ここまで解説しましたが、正直にいうとここまでくれば沈殿物を答えるだけならば実質一択です。ですが、もしこのまま続く場合、つまり、Na^+ではなくCa^2+がであった場合、Ca^2+も何かしらの沈殿反応がありますので、2択になります。なので、一応解説しました。

 

 よって答えは、Zn^2+と硫化水素が反応してできた、硫化亜鉛(ZnS)が沈殿物なので、答えはZnSとなります。

二番

 まず、操作Ⅰの付け加えに関する解説を行います。

 

 皆さんは金属の硫化物の沈殿習って思った事はありませんか?もしかしたら先生に言われている可能性もありますがそれでもいいです。

 

 金属の硫化物の沈殿のほとんどが黒色なんです。黒色以外の色を持つことになる金属があるとしたら、カドミウム亜鉛マンガンや酸性下での鉄(Ⅱ)ぐらいです。

 

 そして、酸性下で硫化水素と反応して黒色の沈殿ができて、しかも希塩酸とも反応しない金属イオンはいくらかあります。例でいうと銅や水銀がそうです。

 

 もう二つあるだけでも区別がつきませんよね。だって、二つとも黒色ですから...

 

 そこで、濃硝酸を入れることによって、沈殿をなくすことが出来ます。そして、そこに過剰なアンモニア水を加えます。そうすると、銅は深青色の沈殿が発生して、水銀は最初は酸化水銀という形で沈殿しますが、次第にその沈殿も溶けます。

 

 こうして、どのような金属イオンが含まれているかわかるようになります。なので、

 

 しかし、まったく太字になってない理由としては、高校レベルで覚えている酸性下で硫化水素と反応して黒色の沈殿ができて、しかも希塩酸とも反応しない金属イオンは銅イオンしかありません。だから太字にしませんでした。

 

 操作Ⅲの付け加えに関して説明します。

 

 操作Ⅲで炭酸アンモニウムを加えてという動作ですが、こうすることで炭酸イオンと反応して沈殿を起こす金属イオンがあれば、その塩は沈殿します。その金属イオンにはある特徴がありましたよね?

 

 それは、アルカリ土類金属であることでしたね。

 

 つまり、炭酸アンモニウムを加えて沈殿が起きたらその液体にはアルカリ土類金属のイオンがあります。

 

 しかしその沈殿物の色は全て白色です。

 

 なので、色が異なる炎色反応にて、どのアルカリ土類金属イオンが水溶液中にあるのか確認する必要があります。

 

 沈殿が起きなかった場合、液体を炎色反応で確認するとなっていますが、その理由としては沈殿せずに、そこまでくるのはアルカリ金属で、そのアルカリ金属は沈殿することがありません。そのため、沈殿による確認はできませんので、炎色反応でどのような金属イオンがあるのかを確認するしかありません。なので、液体を炎色反応で確認します。

 

 また、炭酸アンモニウムを加えて、沈殿が起きた場合と沈殿が起きない場合で分けたのは、操作Ⅰの方でも言っている通り、混合水溶液には四種類の金属イオンが含まれていて、記述している上では操作Ⅲまでは、三種類の金属イオンがあることまではっきりしています。もし、沈殿が起きた場合は、一種類の金属イオンがそこに加わり、四種類の金属イオンがあることになり、ろ過した後の水溶液には金属イオンがないことになります。なので、分けました。

 

 よって、操作Ⅰにて、沈殿物Ⅰを濃硝酸で溶かした後に過剰な量のアンモニア水を加えて、操作Ⅲにて、ろ液Ⅲに炭酸アンモニウム水((NH4)2CO3でも可)を加えて沈殿があったらろ過をして、その沈殿を炎色反応で確認する。また、沈殿がない場合もその液体を炎色反応で確認する。となります。

 

 とはいえ、何種類かわかってない場合がほとんどなので、最後までやるべきですがね。

わかりましたでしょうか。もしこれでもわからない場合はDMにて聞いてください(リプライや問い合わせでもいいですが、直接返答出来るわけではありません。更新してお伝えします。)。それでは!

 

コラム

今回のコラムはお休みです。今回は少し多かったので...

 とはいえ、このコラムという場所を設けときながら何もないのはすこしよくない気がするので、一つ豆知識。

 実は銅っていろんな豆知識がありますが、その一つとして、銅って発がん性物質と言われているけどね、実は抗がん効果もあるとも言われています。

化学基礎 問題No.4の解答&解説

※ここは私がツイッターにて出した問題の回答を公開している場所です。まだ問題解いてないよ~っていう人は私のツイッターをご覧ください
私のアカウント→https://twitter.com/bot75098033

 

 今回の問題は知識問題です。ツイッターでも言いましたが、こういう問題は月一で出すつもりです。また、知識問題については、一つ一つに長々と説明するわけではないので、解答と解説をいっぺんに説明します。因みに知識問題に関しては、全てセンターレベルで、尚且つ基礎の範囲なので、簡単だったと思います。

 

解答&解説

 解答の開示と解説をする前に、まず問題を貼っときます。

f:id:science_mondaibot5325:20210530232711p:plain

https://twitter.com/bot75098033/status/1398912062730932224

*問題2の⑤に訂正がありました。「ハロゲンを除いて→希ガスを除いて」です。

という問題でしたね。ではそれぞれの解答の開示と解説をしていきたいと思います。

 

問題1

「以下の物質の内、単体と混合物に分けて答えよ。

  空気 炭素 酸素 石油 塩酸 メタン」

という問題ですが、まず単体とは何でしょう?混合物とはなんでしょう?これらは↓のような意味となります。

単体:二つ以上の物質が混ざっていない純物質で、そのうちの一種類の原子からなる分子のこと。(たとえば水素は水素原子だけで出来ているため単体である)

混合物:二つ以上の物質が混ざっている状態にある物質のこと。(例えば海水は塩とその他もろもろの物質、そして水が混ざっているから混合物である)

 そして、それぞれ見ていくと、

空気:窒素や酸素、アルゴン、二酸化炭素等の気体分子が混ざっているものである。=混合物

炭素:炭素原子から出来ているものである。=単体

酸素:酸素原子から出来ているものである。=単体

石油:いろんな炭化水素(メタンやエタンみたいに炭素に水素が付いた物質の総称)が混ざっているものである。=混合物

塩酸:塩化水素と水が混ざったものである。=混合物

メタン:炭化水素の一つで、炭素原子と水素原子から出来たものである。=純物質だが、単体ではない。

ここで、勘違いしてそうなものの説明書きに赤くしました。石油に関しては本当に念のために赤くしましたが、塩酸に関しては勘違いしている人がある程度いると思います。

 

 塩酸と塩化水素と言うのは違っていて、塩化水素は化合物ですが、その化合物である塩化水素が水に溶けると塩酸になります。なので、塩酸は混ざったもの、つまり、混合物となります。よって答えは、

単体:炭素、酸素

混合物:空気、石油、塩酸

となります。

 

問題2

「以下の文章の内、誤りがあるものを全て選び、答えよ。

  ① 炭素の同素体の一つにはダイヤモンドがある。

  ② 銅は塩酸には溶けないが、硫酸には溶ける。

  ③ アルミニウムは塩酸には溶けるが、硝酸には溶けない。

  ④ 酸素には同素体が存在する。

  ⑤ 電子の取り込みやすさを表したのは電子親和力で、周期表にて、ハロゲンを除いて右下の方に行けばいくほどその電子親和力は強くなる。

  ⑥ 赤リンというリンの同素体の一つが存在し、自然発火はしない。」

という問題については一つ一つ解説していきます。

①はその通りで、炭素の同素体にはダイヤモンドがあります。他にも、黒鉛フラーレンがあります。

 

②は少し意地悪な問題ですね。銅はイオン化傾向では水素イオンH^+よりも陽イオンになりにくく、銅は酸にはほとんど解けません。ですが、酸化力の強い酸であれば溶けます。そのため酸化力のある硝酸に溶けます。しかし硫酸は濃硫酸なら酸化力があるため、銅を溶かしますが、今回の問では”硫酸”であり、濃硫酸とは記述してないので、溶かしません。よって、誤りとなります。

 

③はその通りで、アルミニウムは塩酸に溶けますが、酸化力がある硝酸や熱濃硫酸には溶けません。その理由は不動態だからです。アルミニウムは酸化されやすいですが、酸化されると酸化被膜が出来ます。その被膜によって硝酸や熱濃硫酸はその被膜の内部にあるアルミニウムにはとどきませんので、反応が出来ません。

 

④はその通りです。酸素の同素体にはオゾンっていうのが存在します。オゾンというのは実は酸素原子だけで出来ています。問題1で出てきたらオゾンは単体に含まれることがわかりますね。

 

⑤は電子親和力の説明はその通りです。また、希ガスを除くもその通りです。しかしその後が間違ってまして、正しくは右下ではなく右上です。電子親和力は周期表にて、ハロゲンを除いて右上の方に行けばいくほど強くなります。そのため、フッ素が一番電子親和力が強いですね。

 

⑥はその通りで、赤リンはリンの同素体の一種で、自然発火はしません。自然発火するのは黄リンです。

 

今回聞いているのは誤っているものなので、答えは

②、⑤

となります

 

問題3&4

「3.イオン化エネルギーに関する記述のうち、正しいのを選び、答えよ。

  ① イオン化エネルギーは一価の陰イオンへのなりやすさを表している。

  ② 塩素よりもフッ素の方が一価の陽イオンになりやすい。

  ③ ナトリウムは水素よりも一価の陽イオンになりやすい。

  ④ 原子番号20番と下までの中で、カルシウムが最も一価の陽イオンになりやすい。

 4.3の内、誤っている部分を訂正したものを答えよ。」

という問題ですが、3の解説と共に4の解説が出来るので、一つ一つやっていきます。

 

①は誤っています。イオン化エネルギー電子を一つ取り除くときに必要なエネルギーとなり、そしてそのエネルギーが小さければ小さいほど、一つの電子を取り除きやすいため、一価の陽イオンになりやすいです。ここで、「陽イオンになりやすいなら、逆にエネルギーが大きいやつは陰イオンになるから、結果的にイオン化エネルギーは陰イオンへのなりやすさでもあってるのでは?」って思う人が出ると思いますが、そうではありません。希ガスイオン化エネルギーが一番高いですが、希ガスは単原子分子の方が安定して、陰イオンにはなりませんよね。なので、陰イオンへのなりやすさを表しているわけではありません。

 

②は誤っています。イオン化エネルギー周期表にて、左下に行けばいくほど弱くなる、つまり、陽イオンになりやすくなります。そして、フッ素の原子番号は9番、塩素の原子番号は17番でしたね。つまり、フッ素の方がより左下から離れているため、イオン化エネルギーが大きくなっています。なので、フッ素の方が塩素よりも陽イオンになりにくいです。

 

③はあっています。②で記述した通り、周期表にて、左下に行けばいくほど陽イオンになりやすくなります。そして、ナトリウムの原子番号は11番、水素の原子番号は1番で、水素原子の方がより、左下から離れています。なので、ナトリウムは水素よりも一価の陽イオンになりやすいです。

 

④は誤っています。②で記述した通り、周期表にて、左下に行けばいくほど陽イオンになりやすくなります。カルシウムは原子番号20番で、確かに左下に近いです。しかし、20番までの中では1番ではありません。その理由は周期表にて、カルシウムの位置よりも左側にあるカリウムが存在しますよね。なので、20番までで、一番陽イオンになりやすいのはカリウムです

 

よって、問題3の答えは、

となり、問題4の答えは、

  ① イオン化エネルギーは一価のイオンへのなりやすさを表している。

  ② 塩素よりもフッ素の方が一価の陽イオンなりやすいなりにくい

  ④ 原子番号20番と下までの中で、カルシウムカリウムが最も一価の陽イオンになりやすい。

となります。

 

問題5

以下の選択肢は、金属:炎色反応による色で表記されている。この中で正しいものを全て答えよ。

 ① Na : 黄色

 ② K:赤色

 ③ Sr : 紅色

 ④ Cu : 黄緑色

という問題ですが、これは細かい解説は行いません。

 

①はその通りです。

 

②はカリウムの炎色反応による色は紫色で、赤色はリチウムなので、誤りです。

 

③はその通りです。

 

④は混合しやすいので出しましたが、銅の炎色反応による色は青緑)色で、黄緑色バリウムなので、誤りです。

 

よって、答えは

①、③

となります。

わかりましたでしょうか。もしこれでもわからない場合はDMにて聞いてください(リプライや問い合わせでもいいですが、直接返答出来るわけではありません。更新してお伝えします。)。それでは!

 

コラム

 今回は炎色反応についてのはなしです。

皆さんなぜ炎色反応が起きるのか知っていますか?実は私も調べるまでは知りませんでした。なので、なぜ起きるのか、そして、なぜ色が違うのかまで説明します。

 

 塩に含まれる金属ですが、それを熱することによって、炎色反応が起きますよね。その時に、燃やすときは液体なので、蒸発しやすくなり、気体になりやすくなりますよね。そして、燃やすということは高いエネルギー下に金属原子を持ってくることになります。そうすると、その塩に含まれる金属原子にある電子は、高いエネルギー状態になります。このことを励起といい、この状態を励起状態となります。

 

 その励起状態というのはエネルギーが大きすぎて不安定な状態です。なので、すぐにエネルギーが小さい安定な状態になろうとします。この状態を基底状態といいます。そして、この励起状態の時から基底状態になる時にエネルギーを放出することになり、そのエネルギーは光となります。また、エネルギーの光の関係としては、二つの状態のエネルギー差ΔEが振動数ν(ニュー)に比例します。

 

 ΔE=hν(hはプランク定数といって、振動数とエネルギーの比例定数です。)

 

 また、光の色と言うのは光の周波数と言うものが関係します。皆さんは虹を見たことがありますか?その見えている色の順番通り(赤→橙→黄→緑→青→藍→紫)で、振動数が少ない方が赤に近づき、振動数が大きい方が紫に近づきます。

 

 つまり、金属の塩が炎の中に入ることによって、気体になった塩の金属にある電子が励起状態になってすぐに基底状態になり、エネルギー差がうまれて、そのエネルギーが光となる。その光の振動数によって、色が異なるため、炎色反応が起きます。

 そして、金属によって、励起状態基底状態のエネルギー差と言うのが異なり、エネルギー差が異なると振動数が異なり、振動数が異なると色が異なるため、金属によって、炎色反応の色が異なります。

 

 ...多分知識なかったらわかりづらいですね。でも励起状態とか基底状態とかは、物理学を習う上で説明されてわかるようになると思うので、私が言いたいこともわかると思います。

五月号 毒ってなに?毒について深掘りします!

 どうもこんにちは!普段はツイッターにて、高校の範囲の問題を出題をして、ブログにて解説を行っているものです!

 さて、今回話していくことは、「毒」についてです。他のサイトでも言われていますが、それを深堀りしたようなことを書いていきます。

 そもそも毒ってなんだろう?

 まず、皆さんは毒に対して、どのようなイメージを持っていますか?先ほど言った他のサイトとかで見たことない人や、化学に対してまだ疎い人であれば、「危険」とか、「死」とかとても悪いイメージを持っていると思います。確かに毒は危険であり、最悪の場合死んでしまいます。でも、実は毒というのは注意して扱えば私たちに”利益”を与えてくれることがあります。

利益を与えてくれるものの例

 普段は毒だけど、利益を与えてくれるものと言えば代表的なのは薬です。例えば、麻薬も毒で、モルヒネという毒物(俗に言うアヘン)があります。でも、医療用にモルヒネが使われるケースがあるんです。実はモルヒネには鎮痛作用があって、鎮痛剤として、がんなどの緩和ケアとして使われています。もちろんその鎮痛薬の効果は人によりますが出ますし、いわゆる麻薬っていわれるような依存性や危険性は0とは言い切れませんが、少なくとも適量で投与すれば、依存性に関してはほぼなく、危険性も小さいです。

 それに、トリカブトっていうとてもつよ~い毒を持つ植物がありますね。その毒はアコニチンって言いますけど、そのアコニチン自体の致死率がすごく高いんですよ。多分トリカブトの根のひとかけら食べただけでも死じゃないかなって思うんです。でも、そのアコニチンには鎮痛や強心、利尿、代謝促進という作用がありまして、化学的な加工さえしてしまえば、毒を弱めることが出来ることから、漢方薬に含まれているんですよ。

 

 でも逆に薬を飲みすぎたり、何ともないのに薬を飲んだら、副作用が強くなったり、その薬に依存したりする等、簡単に言ってしまえば、毒になりますよね。

 これらのことから毒は意して扱えば私たちに利益を与えてくれることがわかったと思います。

毒ってどういう条件ででるのか

 ここまで話していて、察しがいい人は気づいていると思いますが、毒ってどういう条件で出るのでしょうか?

...

 

 

 正解は、「」です。毒っていうのは量によって、決まってくるのです。たまに、「ペロ これは青酸カリ」(本当は麻薬らしいですが)見たいなセリフを聴いたこと、もしくは見たことあると思います。(因みにコ〇ンのセリフですが。)実はペロって青酸カリをなめたところで死にません。なんなら毒としての作用がありません。なんって言ったって、体重によりますが大人であれば0.2gが致死量と言われてまして、指につけてなめるぐらいの量でしたら、0.2gに達しません。ついたとしても数粒ぐらいですからね。

 

 それに致死量っていうのは50%の確率で死ぬ量とされています。また、青酸カリは簡単に二酸化炭素と反応してしまうし、味もあるし、もう殺人に使えるとか味覚障害があって、二酸化炭素がないところじゃないと...おっと話がそれましたね。

 

 とりあえず、毒というのは””です。

では毒になってしまうのはなにか

 またまた察しがいい人は毒が量だとわかったら、何が毒になるのかわかると思います。

 

 

 正解は、「全部」なんです。とはいえ、毒と言われてない物に関しては普段からそんなに食べないだろうみたいな感じ扱われているため、気にすることがありません。例えば、どんなものにも含まれている水(水分)は成人であれば10Lが致死量とも言われています。

 

 ね?10Lとか拘束されて、無理やり飲まされるわけじゃない限り、飲めるわけないでしょ?飲むやつがいるかっていう話でしょ?水も毒になるのに、毒って言われないのはそういうことです。

 

 因みに、健康にいい食品でさえ、毒になりますから。例えばリンゴとかよく医者いらずって言われますよね。でもそれは一日一個だけにした場合、食べ過ぎると、下痢や腹痛を起こします。リンゴも下手すれば立派な毒になります。あーでも下剤代わりになるかもしれませんね。絶対やめた方が良いと思いますが。

 

結論

 毒っていうのはもちろん成分によって、左右されますが、だとしても一番量によって、左右されるといっても過言ではありません。要はやりすぎはよくないってことです。

 

毒に関する記事

 ここから先は毒に関する記事を作って、それを乗っけておきます。気になる人はそちらも見てください。

science-mondaibot5325.hatenablog.com

 

science-mondaibot5325.hatenablog.com

随時更新することがあれば更新します。

毒を以て毒を制す!実際にはどうなのか

 毒を以て毒を制すっていう言葉は聞いたことありますか?

dictionary.goo.ne.jp

 これが毒を以て毒を制すという意味となります。例えば、殺人を犯した人間を殺人に特化したスナイパーがその人を殺すみたいな感じです。

 

 さて、そんな言葉ですが、実際に毒で、毒を打ち消すことは出来るのだろうか?

 

毒で毒を打ち消すことは出来る?

 実はある事件がとあるテレビ番組でやっていました。それは、二つの毒を使用して、一つのある毒を飲ませてから、死んでしまう時間を伸ばして、その毒だけだった時の死亡時刻よりも遅らせた事件がありました。(つまり、犯人はその毒を飲んでから死ぬまでの時間に関わっていないというアリバイを作ったということです。)

 

 具体的には、毒はトリカブトとフグで、ある加害者(男)が、被害者(女)にトリカブトの毒とフグの毒を両方とも飲ませて、殺害した事件です。

 

 でも、ここで疑問が生じます。フグの毒もトリカブトの毒も、猛毒と言われていますよね。なぜ二種類の毒で、なおかつ猛毒と言われている毒を使ったのに、被害者がすぐに死ぬどころか、死ぬ時間が遅くなったのか?

 なので、この疑問を解説していきます。

 トリカブトもフグも確かに猛毒です。しかし、死ぬ時間が遅くなったのはちゃんとしたわけがあります。実はトリカブトとフグの毒としての作用機序、つまり、どのような過程で作用していくのかが、相反するからです。

 

 まず、トリカブトとフグの毒について知る前に、知ってほしいことがあります。私たち生体にはナトリウムイオン(Na+)っていう物質が存在するんですが、それが出入り出来るナトリウムチャネルっていう言ってしまえばゲートがあるんです。よく改札を通る時にゲートがありますよね。イメージするならそれがいいと思います。そして、そのゲートですが、生体の働きに大きく関与していて、それが閉まりっぱなしになったり、開けっ放しになってたりしてたら、”死”ですよ。それほど重要なゲートなんです。そのゲートの存在を覚えてほしいです。

 

 さて、トリカブトとフグの毒について、説明していきます。

 

 トリカブトにある毒は先ほど見たであろうブログにて言いましたが、アコニチンでしたね。そのアコニチンの作用機序についてですが、ナトリウムチャネルというゲートを開けっ放しにするんです。先ほど記述した通り、ナトリウムチャネルというゲートを開けっ放しにしてしまうと死んでしまうんです。これがアコニチンの作用機序です。

 

 フグにある毒はテトロドトキシンという成分があるんです。通称フグ毒ですね。そのフグ毒の作用機序は、アコニチンとは真逆で、逆にナトリウムチャネルというゲートを閉めっぱなしにするんです。先ほど記述した通り、ナトリウムチャネルというゲートを閉めっぱなしにしてしまうと死んでしまうんです。これがフグ毒の作用機序です。

 

 つまり、二つとも適量で混ぜて飲ませたら、二つの毒の作用がぶつかり合って、結果的に毒としての症状がでなくなってしまいます。でも、それだと生きているはずですよね。でも、実は、アコニチンよりもフグ毒の方が早く消えてしまうんです。つまり、同時に適量で飲ませたら、アコニチンが体内に残って、アコニチンの毒としての作用が発現してしまうんです。

 

 だから、遅れて死んだんです。詳しい内容は、トリカブト 保険金とか、トリカブト フグ毒 とかで検索したら出てくるのではないかなって思います。また、これを参考にしてもほぼ無意味だと思いますよ。なので、変なマネはしないように

 

実は薬も関係する

 実はこれは薬でも同じことが言えます。よく聞きませんか?薬の飲み合わせについて。実は、薬の飲み合わせについてあれこれ言われるのは副作用が強く出るからっていうのもありますが、薬としての作用が弱まってしまうからっていうのがあります。

 

 しかも、薬の飲み合わせによる作用が弱まることって一般人が思わぬところで起きますから。例えば、鎮痛剤自体の種類によりますが、利尿薬と鎮痛剤という組み合わせは、実は、利尿作用が弱まってしまいます。

 

結論

これらのことから、毒を以て毒を制すっていう言葉は作用が相反する毒同士であれば、実際にそうだっていうことがわかりましたでしょうか?もちろん、毒を以て毒を制すが正しいから毒を飲んだらそれに相反する毒を口にすればいいっていう考えは危険なので、とりあえず、毒を避けるようにしてください。それに、相反する毒を口にすればって言いますけど、量が大切なので、出来ないもんだと思っといてください。

 

 他の記事が見たい場合はこちらから

 

science-mondaibot5325.hatenablog.com

 この話の元の記事に戻りたい場合はこちらから

 

science-mondaibot5325.hatenablog.com

 

毒と副作用って同じ?違う?薬と毒について

 皆さんは、毒と副作用って同じだと思いますか?それとも違うものだと思いますか?因みに、化学を勉強する前の私は、「副作用って自分にとって利益のないどころか、害がある作用ってことだから毒じゃん」って思ってました。では本当はどうなんでしょう。

 

毒と副作用は同じなのか?

 毒と副作用は同じなのだろうか。例えば、風邪薬として、解熱鎮痛剤をもらうと思います。その副作用として、胃を荒らしてしまったり、種類によっては胃を保護する物質を阻害してしまうため、胃潰瘍などの胃腸障害が起きてしまうことがあります。それだけではなく、喘息や血管浮腫、全身性じんま疹等の明らかに人体に対して害のあります。

 つまり、副作用というのは毒といってもおかしくはありません。

 

 

 そう、”おかしくは”ありません。

 実は、副作用っていうのは毒とは言えません。なぜなら副作用の本当の定義は、「主作用以外の作用」、つまり、「薬の使用目的としている作用以外の作用」となります。

 例えば、メニエール病っていう病気をご存知でしょうか?これの治療に使われる薬がイソソルビドという薬なんですけど、実は用途は二つありまして、一つは先ほど言ったメニエール病に対する作用で、もう一つは脳圧降下や眼圧降下、尿管結石時の利尿等を目的にした利尿作用の二つがあります。

 この時、メニエール病の方を作用とすれば、利尿作用は副作用となり、利尿作用を作用とすれば、メニエール病の方を副作用となります。つまり...もし、利尿作用が必要で、尚且つ、今メニエール病なんだってときはどっちを主作用としても、主作用となる副作用は害がないどころか、利益があるってことになります。(っていうか、主作用となる副作用自体、害がないので、毒とはなりませんがね。)

 つまり、副作用=毒っていうのは間違いなんです。

 

主作用と副作用が入れ替わった話

 これはちょっとだけ毒とは離れますが、主作用と副作用が入れ替わった話があります。

 

 これは医療に関することと言えど、ほんの少しだけ下品だと思ってしまう話かと思われますので、そういうのが苦手な方は、一度目次の方に戻っていただいて、次の「実は昔にはとんでもない毒を含んでいる薬があった!?」に飛んでください。きっと見ないで済むと思います。

 

 とある血圧降下の薬が作られてまして、その薬を治験として、被験者に使ってもらったんですが、あまり血圧降下の効き目がなかったという結果をしり、その薬は回収することにしました。

 

 しかし、被験者の中に返さない人がいて、その理由を聞いてみると、勃起不全を治す作用があることがわかって、その薬を勃起不全に対する作用を主作用として販売し始めたそうです。

 

 ...なんでこの話したんでしょう。正直消されないか不安なので、どっか保管しときますね。

 

 

実は昔にはとんでもない毒を含んでいる薬があった!?

 実は昔にはとんでもない毒を含んでいる薬がありました。その中で一番有名な例を挙げます。

 

 みなさん、サリドマイド事件って聞いたことありませんか?薬害の一種なんですけど、そのサリドマイドは1958年には、睡眠薬や胃炎に対する薬として売られていまして、妊婦さんもそのサリドマイドという薬を服用していました。

 

 しかし、問題が起きまして、そのサリドマイドを服用した妊婦さんの子どもの四肢に重篤な奇形性を示したそうです。

 

 今でもサリドマイドは違う用途で使われていますが、妊婦さんへの使用はしていません。

 

まとめ

 副作用は毒とは違うということはわかりましたでしょうか?また、薬と毒についていろんなことを書きましたがこれらもわかりましたでしょうか?

 元の記事で似たようなことを記述しましたが、毒と言うのは成分、量できまります。しかし、副作用っていうのは成分、量に用途が加わります。なので、言ってしまえば、副作用の中に毒が含まれていると思っていただいてもかまいません。ただ、毒が副作用ではないっていうことだけです。

 

他の毒に関する記事を見たい方はこちらへ

 

science-mondaibot5325.hatenablog.com

元の記事に戻りたい方はこちらへ

science-mondaibot5325.hatenablog.com