【理論化学】電気陰性度で酸性度判断・湿度100%とは・風解と潮解とは・水の状態図についてを簡単に解説!高校化学選択をしている受験生や高校生は必見!

理論化学の解説(電気陰性度で酸性度判断・湿度100%とは・風解と潮解とは・水の状態図について)

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化学科を卒業して予備校講師(模擬試験作成)をしていた予備校講師の休日です。化学を放置すると忘れていくので、備忘録代わりに受験生にも役立つ高校化学の情報をまとめておこうと思い、この記事を作成しました!できれば、勉強法のTwitter(こっちがメイン)もフォローしてもらえると嬉しい^^勉強関連やTOEIC関連でこうやったら勉強できるなど気づいたことをどんどんツイートしていますので!化学関連の解説記事一覧・目次はコチラから。

電気陰性度がわかれば酸性か塩基性かがわかる

Twitterの原文ママ

電気陰性度を理解するとどこで結合が切れるかがわかるよ!例えばNa-O-Hなら、電気陰性度がNa0.9,O3.5,H2.1だからNa-O間の方が電気陰性度の差が大きい。だからここで電離しちゃう。だからOH-ができるんだね。H2SO4だとSが2.5でOが3.5でHが2.1だからO-H間で切れてH+ができる。

解説コメント

電気陰性度から、その物質が酸性か塩基性かを見極めることもできるんだよ!

おぉ…知らなかった。そうなんですか?

そうそう。例えばね。HClなんかは、HとClの電気陰性度の差が大きいでしょ?だから、めちゃくちゃ分極した物質担っている。このように『分極した部分』で結合は切れやすい。だから、HClはHとClに結合が切れる。一方で、NaOHだと、OとHの電気陰性度の差よりも、NaとOの電気陰性度の差の方が大きい。つまり、Na−O間でめちゃくちゃ分極していることになる。だから、NaOHの場合、NaとOHのように電離するのさ。

なるほど…。Naってナトリウム『金属』だから、電気陰性度小さいよね。

電気陰性度の値がわかればどこで電離するかが推測できる。

電気陰性度の値は、H2SO4において、

  • Sは、2.5
  • Oは、3.5
  • Hは、2.1

の値をとる。(ポーリングの値)つまり、S−O間では1.0の電気陰性度の差しかないのに対し、O−H間では1.4の電気陰性度の差がある。

酸性の土で紫陽花を育てると青色の紫陽花が咲くよ!赤色の場合は塩基性の土だよ。

だから、より分極しているO−H間の方が電離してしまい、O−H間の結合が切れる。そして、H+が出ていくってわけ。(つまり、硫酸は酸性だよ!)

CO2が水H2O中に溶けて炭酸H2CO3ができるのも構造式を描いてあげればよくわかるよ!H2O中のOがδ,Hがδ+の電荷を帯びている。CO2中のOがδ,Cがδの電荷を帯びている。結果、H2O中のOのδとCO2中のCがもつδが引きあって炭酸ができるんだよ。

湿度100%ってどんな状態?

Twitterの原文ママ

湿度100 %ってどういう状態?『水が空気中に完全に飽和している状態』のこと。もう溶けきれないよ!という蒸し蒸しの状態が湿度100%。水中が湿度100%ですか?とかたまに聞かれるけど全然違うからね!『空気中に』マックスで水が溶けた状態だよ。気液平衡状態!

解説コメント

たまに生徒の質問やネット上で、「湿度100%ってプールの中みたいなことですか?」と聞かれるけど、全然違うからね!!

完全に蒸し蒸ししている状態を湿度100%っていうの。化学的にいうと、気液平衡状態になっていて、もうこれ以上空気中に水が溶けませんっていう状態のことを飽和状態という。この状態が湿度100%ってこと。雨が降っているときの空気中はほぼ湿度100%。湿度とは空気中に水がどれだけ溶けているかを示す値だからね!

風解・潮解とは?

Twitterの原文ママ

風解とは?❶潮解の反対 ❷水和物が取れる現象どうして水和物が取れるかというと、『結晶表面の水蒸気圧>空気の水蒸気圧』だから。結晶表面はいわばいっぱいH2Oがある状態なわけだ。空気中にはそんなに水は存在しない。だから水が蒸発していく(=水和物が取れる)わけ。

解説コメント

風解というのは潮解の反対語だよ!風解は水和物が取れる現象。結晶表面付近は水和物のH2Oがいっぱいだから、水蒸気圧が大きいわけだ。一方で、空気中には水蒸気はそんなには存在しない。すると、結晶中の水和物が、「空気乾燥してるし、俺もう出るわ。」と、大学進学と同時に実家を出る息子ばりに出ていくことになる。これが風解。炭酸ナトリウム10水和物が炭酸ナトリウム1水和物になるのが風解の代表例。ちなみに、飽和蒸気圧で密閉した容器に風解するはずの炭酸ナトリウム10水和物を入れても、空気中の水蒸気はすでに飽和しているので風解はしないという話だわ。

Na2CO3・10H2O→Na2CO3・1H2O

潮解は風解の逆。潮解は、固体の水酸化ナトリウムの表面に微小な水溶液ができるところから始まる。これってめちゃくちゃ濃い水ナ水だわな。固体の水酸化ナトリウムの表面にできた微小な水溶液の飽和蒸気圧はめちゃくちゃ小さい。(蒸気圧降下より)一方、空気中には一定の水蒸気が存在する。水酸化ナトリウムの表面にできた水溶液の水蒸気圧<空気中の水蒸気圧なので、水がどんどん取り込まれる。取り込んでも取り込んでも固体の水酸化ナトリウムがあるのでなかなか薄まらない。結果、放置しておくとべちゃべちゃな水酸化ナトリウムができあがるという話。これが潮解だわな。

水の状態図の融解曲線が負に傾いている理由

Twitterの原文ママ

水の状態図の融解曲線の傾きが負である理由『氷の方が水より体積が大きいから。』だわな。普通は物を冷やすとだんだん縮こまるでしょ。それが、水の場合水素結合のせいで氷の方が体積大になる。水は流動性があるから水分子の隙間に違いに入り込めるけどね。

解説コメント

二酸化炭素の状態図を見ると融解曲線の傾きは正になってる。一方、水の状態図の場合、負になってるのね。これは水が異常で二酸化炭素みたいに傾きが正になってるのが普通なのね。だって冷やせば冷やすほど物って小さくなるでしょ?体積って、同じ物質量(mol)で考えると、二酸化炭素の気体>二酸化炭素の液体>二酸化炭素の固体でしょ。でも水の場合は、氷の方が水より体積が大きい(約1.1倍)。なので、状態図の0 ℃付近を見てあげると、低圧では気体、少し圧力をかけると固体、もうちょっと圧力をかけると液体となる。

これは氷が強固な水素結合をしていることが原因なんだわ。氷は5つの水分子でかっちりと水素結合していて、身動きが取れないのな。一方で、水は流動性があるから水分子同士の隙間に水分子が入り込めるのな。だから水の方が密度が高くなる。(つまり、水の方が体積が小さくなる。)という話。

水の状態図を見るとアイススケートの問題が出題されたりする。アイススケートの裏ってすんごい細い刃でできてるでしょ?あこに浅田真央の体重がかかる。すると、氷に圧力がかかるので、水になる。という仕組み。浅田真央が履いているスケートシューズの裏だけが水になってスイスイ滑ることができる。動摩擦力が低下するからね。で、浅田真央がスイスイ滑って水になっている部分からスケートシューズが離れると、圧力が元に戻り、再び氷になるという話。これは、一説ではこういう話らしいんだが、実際はこの理屈は嘘らしい。(こんだけ説明したくせにすまん。)私もこの説が嘘だというのをネットの記事で読んで思わず失禁した。(パンツはきちんと洗った)

おまけだけど、蒸気圧曲線の先っちょあたりまでいくと超臨界状態っていう状態になる。これは、まあ簡単に言えば『液体っぽい気体』なんだわ。熱すぎて分子間力を保てなくなった水(つまり水蒸気)みたいな感じ。まあようわからんな。

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ニシジマ

ゆとり世代ど真ん中に爆誕。円周率は3だと信じて疑わない。大学卒業後,予備校で勤務しており,化学を担当。主な業務は,模擬試験作成と入試解説の執筆。大学時代の専攻は物理化学であるが,難解すぎて意味があまりわからない。