スキップしてメイン コンテンツに移動

徒然に基礎化学を復習してみた(化学基礎・分析化学・有機化学・染色・リチウムイオン電池)

徒然に基礎化学を復習してみた。


１、理工系学生のための化学基礎（学術図書出版社）
大学での基礎化学の復習
１－１、理想気体の状態方程式。
１－２、結晶の構造。金属、半導体、絶縁体。ガラス。液晶。
１－３、原子の構造。
１－４、化学結合。分極と有極性。イオンの大きさ。

１－５、分子構造の決定。NMR、ガスクロマトグラフィー、質量分析。

１－６、熱力学第一法則。エネルギー保存則の拡張。熱とエネルギーの等価性。定圧変化での系に
出入りする熱がエンタルピー変化。
１－７、熱力学第二法則。
エントロピーΛS=ΛH/T　　
G=H-TS（Gはギブスの自由エネルギー、Sがエントロピー変化）
１－８、相平衡と相変化。液相ー液相平衡。等量混合時で低温時に２液相。高濃度かつ高温時は
１液相。
固相ー液相平衡。高温時液相から、冷却時に固液二相を経て固相固溶体になる。
１－９、化学平衡。Kが濃度平衡定数。K＝[C][D]/[A][B]、ルシャトリエの原理。
１－１０、電池と起電力。ｅｍｆ（起電力）、SHE（標準水素電極）、
起電力とギブスの自由エネルギー変化。
１－１１、溶液の性質（１）蒸気圧降下、ラウールの法則。溶質の蒸気圧の溶質濃度依存性、
ヘンリーの法則。浸透圧。
１－１２、溶液の性質（２）電解質溶液。イオンの移動度、ルイス酸、ルイス塩基。
１－１３、化学反応速度。律速段階、もっとも遅い素反応。吸着等温式。
吸着、反応、物質移動、
２、分析化学（西本　右子著）
環境、食品にも応用できる化学分析手法。クロマトグラフィー、サンプリング、機器分析について。
２－１、分析化学の基本

２－２、基礎知識。
酸塩基反応、【酸・塩基の硬さ・軟らかさ、化学と教育 2008】
硬い酸は硬い塩基と親和性が高い。６０度ではｐH６．５が中性。
酸化還元反応、１Fは９６４８５C。
錯形成反応、EDTA、エチレンジアミン４酢酸。
溶解度積、難溶性塩の溶解度を表す。

２－３、サンプリング、試料採取。
蒸留、エタノールは９６％で共沸混合物。

２－４、機器を用いない分析、試験紙で０．２の精度でｐHを測定できる。
金属イオンの系統分析。1Ag,2Cu,3Al,4Ni,5Ca,6Na。
炎色反応、LiあかNaきKむら。
薄層クロマトグラフィー、TLCプレートに滴下して溶媒で展開。

２－５、元素機器分析、光励起の原子吸光法。熱的励起のＩＣＰ、
高温のプラズマ中に液体試料を霧化して導入した時の発光を分光器でスペクトルに分けて
強度から濃度を測定する。
ICP-MS、プラズマで生成したイオンを質量分析計に導入して質量数とイオンのカウント数を測定。
溶液化できればほとんどの微量元素の定性分析と迅速定量が行える。
EPMA、蛍光X線【試料にX線を照射して放出される特性X線】の波長と強度で定性、定量分析。

２－６、分子・官能基機器分析、
UV分光法、紫外可視光線を溶液中に通過するときの特有の波長の光が吸収。外殻電子と相互作用。
IR分光法、赤外線を照射して吸収波長から分子の定性と吸光度から定量。
ラマン分光法、レーザー光を照射すると散乱がされる。
レイリー散乱とラマン散乱があってラマンシフトが物質に固有。
顕微IR、顕微ラマンがある。AFMと組み合わせられる。

２－７、成分分離機器分析、
◆ガスクロマトグラフィー；移動相気体を固定相（ジメチルポリシロキサンやポリエチレングリコール）
の保持された細いカラム中を流して、固定相との相互作用の小さい順に成分分離を行う機器分析法。
ピークが検出される時間（保持時間）から定性分析。ピーク面積から定量分析を行う。
◆熱分解ガスクロマトグラフィー；高分子試料を500度で瞬時に熱分解して揮発成分を測定。
◆カラム内の担体には、
ポリジメチルシロキサン（極性低い）、
フェニル基置換シリコン系ポリマー、シアノプロピル基導入シリコン系ポリマー（極性をやや高めた）
ポリエチレングリコール（極性高い）
◆液体クロマトグラフィー、固定相を固体または液体、移動相を液体とするクロマトグラフィー。
高速液体クロマトグラフィー（HPLC）
吸着；固定相がシリカゲル、アルミナ。
分配；シリカゲルの表面のシラノール基をオクタデシル化。
◆


イオン交換；多孔質樹脂にスルホン酸や脂肪族アミン。
サイズ排除；三次元網目構造のシリカゲルやポリスチレン。
◆イオンクロマトグラフィー；移動相を溶離液として、固定相をイオン交換体。
液体クロマトグラフィーの一種。検出器は電気伝導度型。

２－８、構造解析、
◆TEM；１００ｎｍ以下の厚さ。１００ｋＶ以上の加速電圧。
◆SEM；導電性。数１０ｋＶの加速電圧。ＥＤＳ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置）を
組み込む。
◆SPM；STM（走査型トンネル顕微鏡）、AFM（走査型原子間力顕微鏡）、
MFM（磁気膜をコートした探針で磁気力を画像化）
◆TG（熱重量測定）
◆DTA（示差熱）温度差を測定する
◆DSC（示差走査熱量測定）熱容量および転移熱量
◆TG-DTA；試料の質量と温度、時間で連続的に測定する熱天秤。
◆質量分析、イオン質量と電荷との比と相対量。
◆電気分析、サイクリックボルタンメトリー。

２－９、複合分析
SEMとEDS

３、マクマリー生物有機化学　有機化学編　【菅原二三男】
理系、工学系、農学系、食品系、生命系の学習の助けになる化学と化学反応の教科書。

３－１アルカン
メタン、エタン、プロパン、ブタンは気体。
５から１５のアルカンは液体。
１６以上のアルカンは低融点のワックス状固体。
低極性で水に不溶。水の表面に浮く。低分子量のアルカンは揮発性で引火性。
ワセリン、パラフィン（高分子アルカンの混合物）は、肌を柔らかくすべすべにして保護する、
キャンドル作り、防水等で使われる。
燃焼；完全燃焼では二酸化炭素と水を発生、不完全燃焼では一酸化炭素と煤煙生成
ハロゲン化；加熱か光照射で置換が開始。

３－２アルケン、アルキン、芳香族
石油中のアルカンをクラッキングして大量の簡単な構造のアルケンを作っている。
エチレンはポリエチレンの原料として大量に生産される。果実の成熟を促進している。
灯油の不完全燃焼で流れ出たエチレンがオレンジを成熟させることから発見された。
アルケンの一部にはシス・トランス異性体がある。
βカロテンはビタミンAになり、
視覚細胞中の光感受性細胞でのシス・トランス異性化によって視覚認識される分子になるう。
多重結合は化学反応性を持つ。付加反応、脱離反応、置換反応、転移反応。
付加反応；水素化、パラジウム等の金属存在下でアルケンはアルカンになる。
付加反応；ハロゲン化、臭素の色が消えると二重結合の存在を示す。
付加反応；水和、アルケンと水でアルコールができる。
ビニル基が重合反応してアルケンポリマーが作られる。
芳香族はもともとは果実・樹木等の天然芳香性物質。ベンゼン環を持つ物質。
芳香族はアルケンよりも反応性に乏しい。通常は付加反応しない。
ベンズアルデヒドがサクランボの香り。
アニリンは衣料用染料でニトロベンゼンから作られる。

３－３酸素、硫黄、ハロゲン
イソプロピルアルコール；医薬品臭のある皮膚消毒剤。
エチレングリコール；水と混ざり合う。不凍液。毒性あり。
グリセロール；甘味。グリセリン。不凍液、湿潤材。プラスチック製造に利用。
アルコールを硫酸で脱水するとアルケンが生じる。
アルコールを酸化剤で酸化するとカルボニル化合物ができる。
第１級アルコール→アルデヒド→カルボン酸。（酸化される）

３－４アミン

３－５アルデヒド、ケトン

３－６カルボン酸と誘導体


４、藍染めを化学の視点から　　牛田 智　　　武庫川女子大学生活環境学部　教授


◆ヨモギ
茎葉を用いる。緑色や褐色が得られる。
◆カキシブ
未熟な柿の果汁から作る。茶色の染料として用いる。
日に当てることで繊維の強度が増す。塗料として用いられることもあり、
一閑張りなどの和紙に塗布したり、清酒の清澄剤に利用されていた。
◆サクラ
花からは色付けができず、蕾が色づく直前に枝を煮出して染液をとる。

５、リチウムイオン電池が未来を拓く　発明者・吉野彰が語る開発秘話（シーエムシー出版）
物質特許、基本特許、関所特許。
ラベル:

このブログの人気の投稿

総合界面重力マスター方程式（The Integrated Master Equation）

界面における**「加速・抑制の差分（\Delta_{\rm int}）」 、熱的エネルギー活性化を表す 「アレニウス型応答（\mathcal{A}_E）」 、および動的・時間的応答を表す 「デバイ緩和型応答（\Phi_\omega）」 を、自由パラメータゼロの幾何学的ホライズン項に統合した 「総合界面重力マスター方程式（Integrated Interface Gravity Master Equation）」**を定式化します。 1. 総合界面重力マスター方程式（The Integrated Master Equation） 物理的界面における「幾何・空間」、「エネルギー・熱（熱力学）」、「時間・周波数（動力学）」の全応答を1つの数式に集約した完全版の方程式です。 \boxed{ \frac{G_{\rm eff}}{G_N} = \frac{g_{\rm obs}}{g_{\rm bar}} = \sqrt{ 1 + \underbrace{(C_a A - C_d D)}_{\text{界面差分 }\Delta_{\rm int}} \cdot \underbrace{\exp\left(-\frac{E_{\rm eff}}{\mathcal{E}_{\rm eff}}\right)}_{\text{アレニウス型応答 }\mathcal{A}_E} \cdot \underbrace{\frac{1}{1 + (\omega\tau)^2}}_{\text{デバイ緩和型応答 }\Phi_\omega} \cdot \underbrace{F(a)}_{\text{宇宙論的緩和}} \cdot \underbrace{\frac{c H_0}{\pi^{3/2} g_{\rm bar}}}_{\text{幾何学的ホライズン項}} } } 2. 各構成要素の物理的定義と役割 本方程式は、時空界面の多様な物理的側面を階層的に記述しています。 ① 界面差分項：\Delta_{\rm int} = C_a A - C_d D （空間・状態差分） A（界面加速因子） : 宇宙境界の膨張や量子的ゆらぎによって正の重力応答を励起する駆動源。 D（界面減速・抑制因子） : 界面の熱的緩和や散逸により、重力増幅を抑制してニュートン力学側へ引き戻す制動源。 物...
Read more »

「生命には、まだ見つかっていない共通の数式があるのではないか？」

「生命には、まだ見つかっていない共通の数式があるのではないか？」 昔から科学には、別々に見えていた現象を「実は同じ数学で表せるのでは？」と考える人がいました。 天体と地上の運動を結びつけた力学。 電気と磁気を結びつけた電磁気学。 熱や振動、信号を共通の周波数表現で扱うフーリエ解析。 つまり科学は何度も、 「違って見えるものを、共通の数学に写像する」 ことで進んできました。 そこで、生命についても同じことができないか、と考えています。 私が考えているのは、仮に名前をつけるなら **「物理化学生命のメタモデル」**です。 生命を一つの巨大な方程式に押し込むのではありません。 分子、細胞、組織、臓器、神経、脳、行動、そして社会環境。 それぞれの階層には、それぞれ固有の [ \tau;（緩和時間）, \quad \omega;（周波数）, \quad \phi;（位相） ] があると考え、それらを複素応答・周波数応答という共通の数学的な言葉で眺めてみる。 電気化学交流インピーダンスでは、 [ Z(\omega)=Z'(\omega)+iZ''(\omega) ] のように、周波数を変えながら系の応答、位相、蓄積、散逸などを調べます。 私自身は、この考えにつながる電気化学的な界面応答の方程式を作っており、電気化学交流インピーダンスから宇宙物理までの現象について検証してきました。 生命については、まだ別の問題があります。 生命は単純な受動回路ではなく、エネルギーを使い、自ら状態を変え、修復し、適応する非線形・能動的なシステムです。 そこで、分子構造の振動や緩和を最下層の近似として置き、その上に細胞、組織、臓器、神経系などの階層を重ねていく。 さらに重要なのがフィードバックです。 脳は身体の状態を受け取り、行動や自律神経などを通じて身体へ働きかける。 では、そのフィードバックを、本人の脳だけでなく、 他者・会話・食事・社会環境からの入力によってアシストできないか？ という発想です。 たとえば、 「1日1回、誰かとコーヒーを飲む」 という行為そのものが魔法のように寿命を延ばす、という話ではありません。 本当に考えたいのは、 [ \text{他者との接触} \rightarrow \text{外部入力} \rightarrow \text{脳・自律神経} \r...
Read more »

異分野横断による計算論的突破口 「GIS情報に基づく都市環境インピーダンス推定装置、および空調負荷削減試算プログラム」

異分野横断による計算論的突破口 「GIS情報に基づく都市環境インピーダンス推定装置、および空調負荷削減試算プログラム」 さかきSakaQi研究所　on木陽塾 2026年8月31日 13:09 電気化学の等価回路・インピーダンス分光（EIS）で用いられる応答関数と、地球・惑星スケールの流体・固体界面における角運動量（あるいは運動量・熱）交換を統合する**一般化演算子方程式（Generalized Operator Equation）**の数学的定式化です。 1. 基礎となる時間領域の畳み込み方程式 微視的な電気化学応答と巨視的な地表・大気・海洋間のトルク応答は、どちらも**「入力ポテンシャルに対する動的境界の遅延応答」**として統一記述できます。 時空間における応答を記憶核（Memory Kernel） K(\mathbf{r}, t - t') を用いた積分形として定義します。 Q(\mathbf{r}, t) = \int_{-\infty}^{t} K(\mathbf{r}, t - t') \cdot \nabla \Phi(\mathbf{r}, t') \, dt' + \mathcal{S}_{\text{cat}}(\mathbf{r}, \Phi) Q(\mathbf{r}, t)：流束密度（電気化学：電流密度 j / 地球系：トルク密度 \tau_{\text{surface}} または熱流束 q） \Phi(\mathbf{r}, t)：駆動ポテンシャル（電気化学：過電圧 \eta / 地球系：相対角速度差 \Delta \Omega や温度場 T） K(\mathbf{r}, \tau)：時間応答核（緩和時間分布 \tau を内包するメモリ関数） \mathcal{S}_{\text{cat}}(\mathbf{r}, \Phi)：正・負の触媒的補正項（非線形な局所増幅・減衰効果） 2. 周波数領域における一般化アドミタンス演算子 上式をフリエ変換し、空間演算子構造として整理すると、複素アドミタンス演算子 \hat{\mathbf{Y}}(\mathbf{r}, \omega) による次の方程式が得られます。 \hat{\mathbf{J}}(\mathbf{r}, \omega) = \hat{\mathbf{...
Read more »