【化学】勉強の仕方~1から学ぶ~受験勉強【含院試】

2018年11月19日

はじめに

化学は身近な学問であるわけです。そして、受験では点数を取りやすいことから、必須科目であると思います。しかし、その学問特有のルールが非常に多いということがネックになっているかもしれません。そんな、化学の勉強の仕方がわからないというのが悩みかもしれません。

私も一から学ぶつもりで今後記事を書いていく予定です。

勉強の仕方

これはいたって簡単で、投げやりと思われるかもしれませんが、とにかく問題を解く。
受験生なら何度も聞いたかもしれません。「薄い本を何度もやるんです。」
化学の場合この勉強法が一番効いてきます。

最強の勉強ループ!!!

①最初は答えを見ながら、穴を埋めていく。
②二回目は実際に解いてみる(私はこの際、教科書を見ながらでもいいと思っています)。
③間違ったところをピックアップする。
④間違った問題だけを説く。

このループですね。

結論、アウトプットしながらインプットしていく!

しかし、教科書や解答とにらめっこする時間が最初に必要で、それって非常に退屈ですよね。
そこで、化学をブログを通して勉強しませんか?と思ってはじめたのが、今回の記事です。

せっかくなので、この記事を大学受験から院試も見据えた大学生に向けて、かみ砕いで説明していこうと思っています。

というのも、院試に向けたページが非常に少ない(まぁ、自分で教科書見て勉強しろって話なんですけどね)!
院試の準備しようと思ったら、当時の教科書がない。一番近々であったテスト範囲のノートしかない!

/(^o^)\オワタ

ってならないために、ここでは勉強の仕方及び、教科書をかみ砕いた、または深くまで説明した記事を書いていこうと思います。
せっかくのブログを使うわけですから、本や授業と違った形式で書いてみたいなと思ってます。

勉強の仕方一言メモ

記憶って、無駄なことを挟めば、挟むほど、深く残るそうです。

例えば、先生の脱線した話や、受験勉強でないような科学者の逸話や性格など。

こんな感じで、点が記憶だとしたらいろんな記憶をつなげると長く蓄積できるようです。

それでは、早速始めましょう。

原子

まず、はじめに原子の概要を示した図を下に示します。
この図って、教科書をはじめ何度も見たことあると思います。

ここで覚えるのたった4つの言葉だけなんです。それでは見ていきましょう。

原子核と電子

原子を構成するのはたった二つだけなんです。
それが、原子核と電子です。

この二つ、電気(電荷)を帯びていて、原子核がプラス(正)、電子がマイナス(負)です。
そして、電子は軌道上をグルグルわまります(量子化学を説明するときに詳しく話します)。

陽子と中性子

私は原子では、4つの単語を覚えればいいといいました。
そして、ここまでで「原子核と電子」の2つを紹介しました。

残りは何なのか、下の図を見てみましょう。

原子核の中身を見てみると「陽子と中性子」から成り立っています。
陽子は、正に電荷していて、中性子は電荷をもっていません(つまり、0)。そのため足し算で陽子が+1の電荷を持っていたとして「1+1+1+0+0+0」となり、結局、原子核全体は正の電荷を帯びるわけです。

これで原子を語る、4つのカードが揃ったわけです。

名前と帯電しているか。
これだけ覚えれば、まずはOKです。

では、最初に迷うところは、この4つのカードがどこで使われるか、だと思います。
それでは、使用方法を見ていきましょう。

周期表での原子の表示方法

現代の周期表の基礎となる炭素を印象付けるために、炭素を例にとって説明しますね。

実際には周期表は昔からあるわけですが、初めて体系化したということで受験(一般常識)で紹介されるのは、19世紀にロシアの化学者メンデレーエフが作った周期表がはじめての周期表として認識されています。原子量の順で並べたときに原子の性質の傾向が似ていました。

陽子の数=電子の数

質量数=陽子の数+中性子の数
原子番号=陽子の数

キーワード一覧

  • 電子
  • 原子核
  • 陽子
  • 中性子
  • 電荷
  • メンデレーエフ(ロシア、化学者)
  • 質量数
  • 原子番号

ここまでが、高校化学で必要な知識です。
簡単でしたよね。

それでは、大学の化学について説明します。高校生の人でもわかるように書いていこうと思いますので、最後まで見てくれると嬉しいです。

大学の化学

まずはじめに断っておきます。
学問は難しいことです。難しいことをやる楽しさ、そういうのを理解していただきたいです。
難しいというのは、まったく理解できないというのではなく、たくさんのお金がかかる、時間がかかる、人の数が必要、新しい発想が必要っていう難しさです。

「難しい=楽しくない」ではない

「難しい=楽しい」と思ってほしいです。

今回のキーワード

  • 陰極線の実験
  • 油滴実験
  • 原子番号
  • 同位体
  • 原子量
  • 原子質量単位
  • 原子質量
博士
いやいや、まてまて難しそうだぞ!って思うかもしれませんが、キーワードは7個だけです。

電子

基礎化学、無機化学、物理化学にとおいて最初に出てくるのが、電子をどう発見したか、です。

まずは、キーワードを紹介します。

  • J.J.トムソンの陰極線の実験
  • 電子の質量と電荷の比
  • ミリカンの油滴実験
  • 電気素量
  • 電子の質量
  • 電荷の質量

今回は、電子や電荷の質量を得るためにどんな実験をしたかを紹介します。

J.J.トムソン博士
私は、イギリスの化学者J.J.トムソン博士。ミリカンの油滴実験と私の陰極線の実験から電子の性質を明らかにした。陰極線の実験は以下の実験のように、電場や磁場をかけると電子が曲がることを発見

J.J.トムソン博士
ちなみに、以下の動画がミリカンの油滴実験です。ミリカンはこの実験でノーベル賞を取っています。出典は忘れたので信ぴょう性はないが、実験した回数が150回、成功したのが50回とかだったと記憶しています。また、この実験を発案したのが時大学院生だったハーヴェイ・フレッチャーであり、ミリカンは共著者の提案も断ったそうです。人格形成も科学者として必要ですね。


陰極線の実験はわかりやすいと思います。この実験から、電場や磁場の大きさと曲がり具合(大きさ)から電子の質量と電荷の比が$-1.76  \times 10^{11} C\cdot kg^{-1}$であることを報告しました。

ミリカンの油滴実験では、油の微小粒子(油滴)を準備して、これに電子を帯電させて、油が落ちる速度を測定しました。2枚の金属電極の間で帯電させた油滴が静止するように、重力とクーロン力を釣り合うように設計し、これを測定しました。その電場の大きさと粒子の沈降速度の関係を報告しました。電子の電荷は電気量の最小単位として、この絶対値を電気素量とよばれます。上の動画では下の図の説明をしてくれています。つまり、ミリカンは、油滴が$-1.6 \times 10^{-19} C$またはその整数倍であることを説明して、最小のとき(電荷)$-1.6 \times 10^{-19} C$であることを報告したわけです。

 

電子の質量と電荷の比が$-1.76  \times 10^{11} C \cdot kg^{-1}$
電荷が$-1.6 \times 10^{-19} C$

ん?この二つがあれば、電子の質量がわかる!!!
ということで重要な2つの実験なんです。

ちゃちゃっと計算すると、電子の質量が$9.109 \times 10^{-31} kg$なんです!

陽子

陽子の質量をどうやって求めたか、っていうのが出てこない。。。知っている方はお知らせください。
単純に、電荷がわかっている状況から、比電荷を計算したのだと勝手に想像してますがいかかでしょうか。
陽子の質量は$1.673 \times 10^{-27} kg$、電荷は$+1.6 \times 10^{-19} C$です。陽子の質量は、電子の質量の約1840倍なんです!

先ほども説明しましたが、この陽子の数が原子番号に等しいです。
ちょっとずつ、知識と知識が繋がってきましたかね?

中性子

中性子の質量もまた、陽子の質量とほぼ同様の値なため、原子の質量は、陽子と中性子で表します。
$1.675 \times 10^{-27} kg$なんです。私は理学部化学科でしたが、学部レベルでは中性子がどのように発見されたか、中間子やクォークについてはほとんど勉強しませんでした。

質量数が、陽子と中性子なる理由がわかりましたか?原子の質量のほとんどは、この二つで表されるわけです。

同位体

原子核の中の陽子の数と中性子の数は一般的に同じ数だけあります。

しかし、中には中性子の数がことなるものがあります。これを同位体といいます。
陽子の数は変わらず、中性子の数が違う=重さが違う同じ原子
が存在するわけです。

それぞれ、プロトン、デューテリウム(重水素)、トリチウム(三重水素)とよびます。

放射性同位体

大抵の元素の同位体は、原子核が壊れやすく、放射能を持っています。先ほど紹介した三重水素も放射能を持っています。

福島原発の件からこの放射性同位体への関心が高くなったのは間違いありませんね。有名なものはコバルト60、ストロンチウム90、セシウム137などと呼ばれるのはすべて放射性同位体です。原水爆実験などでできる人工的な同位体ですが天然にも、ウランやラジウムなどのように放射能をもった元素があります。

そして、この放射性同位体の特徴として、放射線をだして他の元素になることです。

この放射性同位体は時々刻々と放射線を出して他の元素へ変わっていきます。
最初の放射性同位体の量から半分の量になるまでの時間を半減期と言います。

原子量

現代の原子量の基準は質量数12の炭素原子です。
つまり、炭素原子1原子の質量の$1/12$、$1.660 \times 10^{-27} kg$を原子質量単位(amu)で表します。

amuで示した値が原子質量と呼ばれます。

$amu \times 原子番号$

これを説明しているだけです。

物質量

質量数12の炭素を12gはかりとると、その中には$6.02 \times 10^{23}$ 個の炭素原子が含まれている。

この粒子の数を1 mol(モル)といいます。

このモルのことを物質量といいます。$6.02 \times 10^{23} mol^{-1}$をアボガドロ定数といいます。

おわりに

大学の化学について、もっとわかりやすいようにかみ砕いて説明しますね。学問なので、数式を使うわけです。もし、数式を使わないなら、化学の歴史だけを勉強するだけいになります。しかし、化学で使う数学は本当に簡単なものばかりです。驚かないでください。

おしまい

2018年11月19日

Posted by xxxchem