E　化学変化の量的関係

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E　化学変化の量的関係

►化学変化の量的関係の計算の原則　　化学変化の係数の比は，反応物と生成物の

物質量の比に相当する。したがって，「物質をすべてmol単位に換算し，それを係

数に比例させて計算するのが量的関係の原則である」と指導することが望ましい。

mol単位で解を求めた後，題意に応じて質量なり体積なりに換算すればよい。この

ような方法をとれば，化学変化の量概念を正確にとらえることができ，複雑な反応

についても十分理解できる。

　aA＋……→bB＋……の化学変化で，Aの量からBの量を求める手続きを，次

に簡単に示す。Vは標準状態の体積，Mは式量である。

►原子説と分子説

　物質が粒子から構成されているという考えは，古代ギリシアの時代から始まって

いる。しかし，それらは哲学的な思索によるもので，実証的なものではなかった。

むしろ，アリストテレス達による，物質構造の連続説が中世ヨーロッパを長く支配

し，粒子説は日の目を見なかった。しかし，18世紀になると，いろいろな実験事

実が積み重ねられ，物質観もそれらの基盤の上に立つようになった。特に気体の化

学反応の研究が進み，その量的な関係についての法則が数多く発見されるにいたっ

て，粒子説が連続説にとって代わるようになった。

《定比例の法則》　天然にはクジャク石として産し，また銅の緑青として知られて

いる水酸化炭酸銅CuCO₃・Cu(OH)₂をプルーストは研究していた。彼はこれを加熱

すると，まず水が得られ，強熱すると二酸化炭素が得られ，後に酸化銅(II)が残る

ことを知った。プルーストはこれらを正確に分析して，天然のものでも人工のもの

でも，組成は全く同じであることを発見した。

《倍数比例の法則》　ドルトンは，メタンCH₄とエチレンC₂H₄について研究して

いるとき，一定量の炭素に結合している水素の量が2：1になっていることに気づ

いた。その後，炭素・硫黄・窒素の酸化物についても検討し，倍数比例の法則を導

き出したといわれている。この法則は，定比例の法則とともに，物質構造の不連続

性を示しており，ドルトンは，これらを背景として原子説を提唱することになった。

《気体反応の法則》　ゲーリュサックの第二法則ともよばれ，実験的に導き出され

たものである。反応に関係する物質がすべて気体でなくても，反応に関係する気体

の相互間にあてはまる。たとえば，Fe₂O₃＋3CO→2Fe＋3CO₂の反応において

COとCO₂の間には，体積比が1：1であるという気体反応の法則があてはまる。

　気体反応の法則を原子説で説明しようとすると矛盾につき当たる。このため，ド

ルトンは気体反応の法則を否定したといわれている。しかし，この矛盾は後にアボ

ガドロによって見事に解決され，原子説・気体反応の法則のいずれにも矛盾しない，

分子説がうち立てられることになった。

《アボガドロの法則》　アボガドロは，原子説と気体反応の法則を結びつける試み

として，分子仮説を提唱した。たとえば，水素や酸素の単体では，2個の同種原子

が結合して1分子ができるとした。しかし，化学結合の考え方がまだ定着していな

かったため，2原子が結合する必然性が説明できなかったので，この仮説は当時な

かなか認められなかった。彼の死後，1860年になって，弟子のカニッツァローが

再びこの説を提唱し，実験事実を満足に説明できるただ一つの考え方として，よう

やく認められるようになった。