Sponsored Link
気体分子運動論、並進運動、回転運動、振動運動
高校では気体の状態方程式について学びました。皆さんは気体の状態方程式は得意でしたか？私は今でも覚えているのが、某大学の入学試験で気体の状態方程式の問題が出てきてフルボッコにされたことです(笑)今回はそれに関連した気体分子運動論について見ていきたいと思います。
まず気体分子運動論は以下の条件を満たす理想気体により作られた理論です。
- 分子の衝突は完全弾性衝突であり、運動エネルギーは保存される
- 分子間に引力も斥力も働かない
- 分子は主さをもつが体積は無視できる
気体分子運動論では、分子は速く運動しているものもあれば遅く運動しているものもあり、絶えずその速度は変化していると考えます。このような変化はどのようにして生まれるのでしょうか？もうチラッと言葉が出てきていますが、この変化を作るのが運動エネルギーです。そこで、気体分子の運動エネルギーについてもう少し見ていきましょう。
Sponsored Link
Sponsored Link
気体分子の運動エネルギー
気体分子の運動のもととなる運動エネルギーは以下のものがあります。
- 並進運動；スライドする運動
- 回転運動；グルグル回る運動
- 振動運動；伸び縮みする運動
気体分子の運動エネルギーはこれらの和で表されるので、
- 気体分子の運動エネルギー＝並進運動エネルギー＋回転運動エネルギー＋振動運動エネルギー
とも言えます。
ただしHe、Ne、Arなどの単原子分子は並進運動のみとなり、N2やO2などの二原子分子以上の場合は回転運動や振動エネルギーが関わってきます。またこれらの運動は温度による影響も受け以下のようになります。
- 低温；並進運動
- 中間；並進運動＋回転運動
- 高温；並進運動＋回転運動＋振動運動
要するに温度が上がっていくにつれて、階段式にエネルギーが増えてきます。
さて、今までは気体の運動エネルギーについて見てきましたが、これらの運動エネルギーはどのような値をとるのでしょうか？最後に気体の運動エネルギーの量子化について簡単に見ていきたいと思います。
分子運動の量子化
エネルギーは量子化(量を単位化すること)されていて不連続な値を示します。要するにエネルギーの値が飛び飛びになっているということです。振動エネルギーや回転エネルギーの間隔は広く不連続となりますが、並進エネルギーは間隔があまりにも狭すぎるため連続しているとみなされます。
言葉だとわかりにくいですが、上の図で言うと並進エネルギーだけ線が細かすぎて間隔が見えないということです。
まとめ
- 気体分子の運動エネルギー＝並進運動エネルギー＋回転運動エネルギー＋振動運動エネルギー
就職や転職でお悩みの方はコチラ！私はここで年収120万円上がりました
Sponsored Link
気体分子運動論、並進運動、回転運動、振動運動 関連ページ
- 双極子とファンデルワールス力
- 電荷の偏りによって双極子ができて、相互作用が発生します。ファンデルワールス力の引力は分子間距離の6乗に反比例します。
- 水素結合と疎水性相互作用
- 水素結合は沸点や密度、溶解性などに影響を与えて、DNAの二重らせんなどに関わっています。疎水性相互作用はミセル形成などに関わっています。
- 電磁波と吸光度
- 電磁波のエネルギーは振動数が大きい、もしくは波長が小さいほどエネルギーが高くなります。吸光度は試料を通過する光路長lと試料中の化合物の濃度cに比例し、これをLambert-Beerの法則と言います。
- 比吸光度、モル吸光係数の計算
- 比吸光度、モル吸光係数の計算はLambert-Beerの法則などを使って計算を行います。計算問題が解けるようになる必要があります。
- 光の進路と屈折率
- 光の屈折率は、入射角によらず一定の値をとり、これをスネルの法則と言います。日本薬局方では、屈折率は空気に対する値で示し、温度は20℃、ナトリウムスペクトルのD線を使って測定されます。
- 放射壊変(α壊変、β−壊変、β＋壊変、軌道電子捕獲、γ放射)
- 放射壊変にはα壊変、β−壊変、β＋壊変、軌道電子捕獲、γ放射などがあります。親核種や娘核種がどのようになり、どのような放射線を出すかをおさえましょう。
- α線、β−線、β＋線、γ線、X線の物質相互作用や透過力
- 放射線には、α線、β−線、β＋線、γ線、X線などがあり、物質相互作用や透過力が異なります。またスペクトルも線スペクトルなのか、連続スペクトルなのかもおさえましょう。
- 放射線の単位と、放射平衡
- 放射線に関わる単位には、Bq(ベクレル)、Gy(グレイ)、Sv(シーベルト)などがあります。放射平衡には、過渡平衡と永続平衡があり、親核種と娘核種の半減期によって決まります。
- 放射線の測定方法と身体への影響
- 放射線の測定方法には、ガイガーミュラー計数管、液体シンチレーションカウンタ、NaI(TI)シンチレーションカウンタなどがあります。放射線の被曝の障害には確定的影響と確率的影響などがあります。
- 熱力学1、系と状態関数のまとめ
- 熱はエネルギーを持っていて、仕事をすることができます。開いた系と反対になるのは孤立系です。示量性状態関数は足し算ができますが、示強性状態関数は足し算ができません。
- 熱力学2、熱力学第一法則と熱容量
- 運動エネルギーと位置エネルギーの総和を内部エネルギーと言い、孤立系の内部エネルギーが一定であることを熱力学第一法則と言います。定容熱容量は定圧熱容量より小さくなります。
- 熱力学3、エンタルピーとは？ヘスの法則の計算
- エンタルピーとは物質が持つエネルギーの総量で、内部エネルギーと圧力や体積のエネルギーの和で表されます。エンタルピーに関連したものにヘスの法則があり計算できるようになりましょう。
- 熱力学4、エントロピーとは？熱力学第二法則との関係
- エントロピーは乱雑さの指標で、物事の不可逆性についての指標とも言えます。エントロピーに関連したものに熱力学第二法則があります。
- 熱力学5、ギブズ(Gibbs)エネルギーとは？
- ギブズ(Gibbs)エネルギーの変化量は、エンタルピーとエントロピーの変化により決まります。ΔGがマイナスになるのが自発的な反応であり、ΔG=0の時は平衡状態を意味します。
- 熱力学6、van’t Hoff式(ファントホッフ式)のグラフ
- ギブズ(Gibbs)エネルギーの圧力と温度による変化グラフでは、圧力一定の時は傾きが−S、温度一定の時は傾きがVとなります。van’t Hoff式(ファントホッフ式)のグラフではΔH゜、ΔS゜を求めることができます。
- 状態図と自由度
- 状態図の三重点では、固相、液相、気相の3つの状態が存在します。自由度(F)=成分の数(C)−相の数(P)＋2で表されます。
- 2成分の気液平衡の状態図
- 2成分の気液平衡の状態図では、気相中と液相中の成分の変化をしっかりと見極めることが大事です。また蒸留を繰り返していくことで、2つの成分を分留することができます。
- 共沸点を持つ場合の状態図
- 共沸点をもつ状態図の場合では、左と右にわけて考えれば前回と同じ考え方で対応できます。また上にとんがったグラフでは発熱反応、下にとんがったグラフでは吸熱反応です。
- 液液平衡の状態図
- 液液平衡の状態図において、曲線の内側だと2相、曲線の外側だと1相になります。液液平衡の状態図において、高温で1相になる上部臨界溶解温度を持つ系では、一般的に混合熱は吸熱となります。
- 固液平衡の状態図
- 固液平衡の状態図においては、気液平衡と同じように考えれば問題ありません。固液平衡の状態図においては、共融点より下まで冷却すると固相のみとなります。
- 束一的性質とは？
- 実在する溶質粒子の数に依存して、溶質の種類が何であるかには依存しない性質を束一的性質と言います。沸点上昇、凝固点降下では解離度が関わります。
- 反応速度、概論
- 反応速度では、0次反応は、一定速度で分解していく反応です。1次反応は、一定割合で分解していく反応、2次反応は、半減期は初濃度に反比例します。
- 0次反応の式とグラフ、例題編
- 0次反応の式では縦軸の切片はC0、傾きは−kの直線的なグラフとなります。また0次反応の式では、2半減期以降だと濃度は0となります。
- 1次反応の式とグラフ、例題編
- 1次反応の式とグラフはlnの時は切片はlnC0、傾きは−kの直線的となります。logの時は縦軸の切片はlogC0、傾きは−k/2.303となるので注意が必要です。
- 2次反応の式とグラフ、例題編
- 2次反応は縦軸の切片は1/C0、傾きはkの直線的なグラフとなります。。0次反応や1次反応と異なり、傾きがプラスであるのがグラフとしては特徴的です。
- 擬0次反応の式とグラフ、例題編
- 擬0次反応とは懸濁剤(サスペンション)などにおいて、溶液中の分解速度が、固体の溶解速度よりも遅いために、本当は1次反応なのに、0次反応のマネをするような式やグラフとなります。
- 擬1次反応、特殊酸触媒と特殊塩基触媒
- 擬1次反応には、エステルの特殊酸触媒と特殊塩基触媒の反応などがあります。特殊酸触媒と特殊塩基触媒の影響を受ける医薬品では、kH[H+]=kOH[−OH]の時が最も安定となります。
- 活性化エネルギーと反応エンタルピー
- 活性化エネルギーが大きいほど反応が進みにくく、小さいほど反応が進みやすいです。触媒は活性化エネルギーに影響を与えて、反応エンタルピーには影響を与えないということができます。
- Arrhenius式(アレニウス式)とグラフ
- Arrhenius式(アレニウス式)は、反応速度と温度の関係を表した式です。アレニウスプロットではそのグラフから薬の安定性などがわかります。
- 酸と塩基の基本
- 酸と塩基のには、Arrhenius(アレニウス)の定義、Lewis(ルイス)の定義、BronstedーLowry(ブレンステッド・ローリー)の定義などがあります。弱酸においてはKa=[A−]・[H+]/[HA]が成り立ち、Kaを酸解離定数と言います。