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理論化学りろんかがくポータル

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、理論化学りろんかがくtheoretical chemistryを公式集こうしきしゅうとしてではなく、物質量ぶっしつりょうで粒子りゅうしを数かぞえ、化学反応式かがくはんのうしきで比ひを読よみ、平衡へいこうと電子移動でんしいどうで反応はんのうを説明せつめいする体系たいけいとして解説かいせつする。

理論化学りろんかがくの道具どうぐは多おおいが、最初さいしょの問といは常つねに同おなじである。目めに見みえる質量しつりょう、体積たいせき、濃度のうどを、反応はんのうに参加さんかする粒子りゅうしの数かずへどう変換へんかんするかである。

2用語ようごと定義ていぎ

理論化学りろんかがくtheoretical chemistryとは、物質ぶっしつの量りょう、結合けつごう、反応速度はんのうそくど、平衡へいこう、酸塩基さんえんき、酸化還元さんかかんげんを、定量的ていりょうてきな式しきで扱あつかう分野ぶんやである。

化学量論かがくりょうろんstoichiometryとは、化学反応式かがくはんのうしきの係数けいすうから、反応物はんのうぶつと生成物せいせいぶつの物質量比ぶっしつりょうひを読よむ方法ほうほうである。

平衡へいこうequilibriumとは、正反応せいはんのうと逆反応ぎゃくはんのうが同時どうじに進行しんこうし、巨視的きょしてきな組成そせいが変化へんかしない状態じょうたいである。

3方針ほうしん

理論化学りろんかがくは、次つぎの順序じゅんじょで読よむと自然しぜんである。

  1. 物質量ぶっしつりょうで粒子りゅうしを数かぞえる。
  2. 化学結合かがくけつごうで電子でんしの配置はいちを読よむ。
  3. 反応式はんのうしきで原子数げんしすうの保存ほぞんと物質量比ぶっしつりょうひを読よむ。
  4. 速度そくどと平衡へいこうで反応はんのうの進すすみ方かたを読よむ。
  5. 酸塩基さんえんきではプロトン、酸化還元さんかかんげんでは電子でんしを追跡ついせきする。

4直感的ちょっかんてきな説明せつめい

理論化学りろんかがくは、目めに見みえる量りょうと見みえない粒子りゅうしを往復おうふくする翻訳ほんやくである。質量しつりょうを物質量ぶっしつりょうへ変換へんかんし、物質量ぶっしつりょうを反応式はんのうしきの係数比けいすうひへ当あてはめ、必要ひつようなら濃度のうどや気体体積きたいたいせきへ戻もどす。

酸塩基さんえんきや酸化還元さんかかんげんも、別べつの暗記項目あんきこうもくではない。酸塩基さんえんきでは移動いどうする粒子りゅうしがプロトンであり、酸化還元さんかかんげんでは移動いどうする粒子りゅうしが電子でんしである。

5厳密げんみつな説明せつめい

5.1命題めいだい:物質量ぶっしつりょうへ戻もどせば反応量はんのうりょうを一貫いっかんして扱あつかえる

仮定かていとして、通常つうじょうの化学反応かがくはんのうを化学反応式かがくはんのうしきで表あらわし、各物質かくぶっしつの係数けいすうが確定かくていしているとする。結論けつろんは、質量しつりょう、濃度のうど、気体体積きたいたいせきのどれで与あたえられても、物質量ぶっしつりょうへ変換へんかんすれば同おなじ係数比けいすうひで比較ひかくできることである。

証明しょうめいする。化学反応式かがくはんのうしきの係数けいすうは粒子数比りゅうしすうひであり、アボガドロ定数ていすうで割わっても比ひは変かわらない。したがって係数けいすうは物質量比ぶっしつりょうひとして読よめる。質量しつりょう m は n=m/M によって、濃度のうど c と体積たいせき V は n=cV によって、理想気体りそうきたいの状態じょうたいでは n=PV/(RT) によって物質量ぶっしつりょうへ変換へんかんできる。いずれも最終的さいしゅうてきには同おなじ量りょう n へ戻もどるので、係数比けいすうひで一貫いっかんして比較ひかくできる。□

6読書どくしょルート

6.1ルートA:量りょうの土台どだい

data/lecture/chemistry/theoretical/amount-of-substance-and-moles.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/atomic-structure-and-electron-configurations.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/chemical-equations-and-stoichiometry.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/gas-laws-basics.lecture.n.md

6.2ルートB:電子でんしと結合けつごう

data/lecture/chemistry/theoretical/chemical-bonding-basics.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/ions-basics.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/reading-chemical-formulas.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/quantum-chemistry/quantum-chemistry-portal.lecture.n.md

6.3ルートC:反応はんのうの向むきと収支しゅうし

data/lecture/chemistry/theoretical/chemical-kinetics-basics.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/chemical-equilibrium-basics.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/acids-and-bases-basics.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/acid-base-titration-basics.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/acid-base-equilibria-basics.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/buffer-solutions-basics.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/solubility-product-basics.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/redox-reactions-basics.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/redox-reactions-and-electrochemical-cells-basics.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/electrolysis-basics.lecture.n.md data/lecture/chemistry/theoretical/electrolysis-and-faraday-laws.lecture.n.md

7見分みわけ方かた

状況じょうきょう選えらぶ道具どうぐ
質量しつりょうや粒子数りゅうしすうを相互変換そうごへんかんする物質量ぶっしつりょう
反応はんのうで何なに mol 必要ひつようかを求もとめる化学量論かがくりょうろん
気体きたいの P,V,T,n が絡からむ状態方程式じょうたいほうていしき
反応はんのうが進すすみ切きらない平衡へいこう
水溶液すいようえきで H+ が出入でいりする酸塩基さんえんき
電子でんしが出入でいりする酸化還元さんかかんげん

8どこまで成立せいりつするか

高校化学こうこうかがくの理論化学りろんかがくでは、理想気体りそうきたい、希薄溶液きはくようえき、単純たんじゅんな反応式はんのうしきを主おもに扱あつかう。高濃度こうのうどの溶液ようえきでは活量かつりょう、実在気体じつざいきたいでは分子間力ぶんしかんりょく、複雑ふくざつな反応はんのうでは反応機構はんのうきこうが必要ひつようになる。

9最終形さいしゅうけい

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]見える量は物質量へ戻してから反応式の係数で比較する
[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]酸塩基はプロトン、酸化還元は電子を追跡する

10一言ひとことでいうと

理論化学りろんかがくは、物質量ぶっしつりょうという共通単位きょうつうたんいへ戻もどし、反応式はんのうしき・平衡へいこう・電子移動でんしいどうで反応はんのうを読よむ分野ぶんやである。

11関連かんれんリンク

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