化学 I
第 1 章
物質観の進歩と自然科学の発展
授業計画
1回 物質観の進歩と自然科学の 発展
2回 原子の電子構造
－電子，陽子，原子量－
3回 水素原子の電子スペクトル 4回 Bohrの水素原子模型
5回 物質の波動性 6回 量子数
7回 原子の電子配置と周期律表 8回 化学結合 ―イオン結合―
9回 化学結合 ―共有結合―
10回 化学結合 ―分子軌道法―
11回 分子の構造
―共有結合の方向性―
12回 配位結合
13回 金属結合，多重結合 14回 水素結合
15回 期末試験
授業計画
1回 物質観の進歩と自然科学の 発展
2回 原子の電子構造
－電子，陽子，原子量－
3回 水素原子の電子スペクトル 4回 Bohrの水素原子模型
5回 物質の波動性 6回 量子数
7回 原子の電子配置と周期律表 8回 化学結合 ―イオン結合―
9回 化学結合 ―共有結合―
10回 化学結合 ―分子軌道法―
11回 分子の構造
―共有結合の方向性―
12回 配位結合
13回 金属結合，多重結合 14回 水素結合
15回 期末試験
化学の芽生 — 古代の物質観
○約60万年前
人類は火を使用、料理を行い、土器を焼いて作製：化学的な操作
○約紀元前5000年
古代エジプト： 鉱石から鉄や銅を精錬する冶金技術 ガラスや洗剤の作製
酒、酢の醸造、医薬や染料 古代中国： 冶金技術を使用して金属製錬
貨幣の鋳造、医薬や火薬の製造
１．１古代化学における物質観
（物質とは？物質を限りなく細分化をしていくと何に行き着くか？）
②連続構造説
・プラトンと弟子のアリストテレス（ギリシャ） （BC 4-5世紀）
「物質は不連続な粒子構造からなるのではなく、際限なく 分割可能」
①微粒子構造説(2千数百年前)
「極限的微粒子は丸く安定で、不生不減、分割不可物なもの」
・カナーダ（Kanada, インド） paramanu（極微）
・デモクリトス（Demokritos, ギリシャ） ”atomos”
→ 哲学的な思考。実証されたものではない。
ギリシアの元素観 Ⅰ
①万物一元説(BC 5-8世紀)
・ヘラクレイトス 火
・ヘシオドス 土
・アナキシメネス 空気
・ターレス 水
が万物の起源（ = 元素）
②多元説
・エンペドクレス(BC 5世紀)
土、水、空気、火を元素とする四元素説
（これら四元素は不変で移り変わることはない）
→ 初めて、組み合わせと、その量比によって多種類の物 質を説明し得る今日の元素観の原型が成立！
ギリシアの元素観 Ⅱ
③アリストテレスの四元素説
・アリストテレス(BC 4世紀)
エンペドクレスの四元素に更に第五元素
（根源物質）を加えて、五元素とした。
この第五元素が根源物質であり、冷、熱、湿、
乾の四つの条件の組み合わせを介して、土、
水、空気、火に転化する。
これら四元素は一度根源物質に立ち帰ること によって、相互に変換しうる。
→ その後の錬金術の理論に基礎を与える。
この時点では純然たる空想的思惟の所産で，
現代の元素観とはかけ離れたものでもある．
アリストテレス
１．２ 中世錬金術時代の物質観
アリストテレスの物質連続構造説（元素変換可能説）
→ 「元素間の相互変換が可能である」
唯一の根源物質に種々の性質が付加して万物が 成っているという考えを基に、卑金属も一度根源 物質に戻すことによって金に換え得る。
（例えば、硫黄、銅、鉛→ 金、銀へ）
１．２ 中世錬金術時代の物質観
錬金術：
卑金属などの物質を金をはじめとする貴金属に換える技術 3-4世紀頃、アレキサンドリアあたりで起こる
6世紀頃キリスト教に追われてアラビアへ 11世紀頃再びヨーロッパに伝わる。
• 初めは、金の代用品を作る技術であったものが、
次第に金を作ると自称する秘術ないしは、詐欺的 技術となる。約1000年以上も継続した。
• 塩酸、硫酸、王水の発見、秤量、蒸留技術、再結 晶技術の開発に貢献
○ルネッサンス時代
→ 経済、産業の発達と共に実用化学技術、
特に鉱山冶金技術製薬技術などが大きく進歩。
パラケルスス(1493-1541 スイス)
「アルクミー(alchemy：錬金術、化学)の目的は 金や哲学者の石ではなく、医薬を作ることで ある」
→ 医化学の発展（17世紀中ごろまで）
１．３ 近代化学における物質観（１）
実証的哲学の唱導（ 17 世紀）
• ベーコン（Bacon 、1561-1626 イギリス）
経験的、実証的哲学に基づき、
実験・観察・帰納を科学の方法として導入。
ベーコン
• ボイル（Boyle「懐疑の化学者」1661著イギリス）
元素は実験的証明を経て定義されるべきものであり、
それまでのように元素の種類や数を勝手に決めてし まうものではない。
ボイル 懐疑の 化学者
実証的哲学の唱導（ 17 世紀）
元素を定義：
「物質を分解していくとき到達する、
それ以上分解されることのない
（原子単独）物質」
「空気の化学」 （燃焼の理解）
• シュタール(Stahl,1660-1734 ドイツ)
油性の土をフロジストン（燃素）と改称し、
燃焼を統一的に説明
フロジストン（phlogiston）説
• ベッヘル(Becher, 1535-1682 ドイツ) 四元素説：水、水銀性の土（水銀）、
油性の土（硫黄）、石性の土（塩）
フロジストン（ phlogiston ）説：
可燃物は全てフロジストンを含む化合物であって、
燃焼はこれが分解して、フロジストンが飛び出す現象。
（空気は単に飛び出したフロジストンを受け入れる媒体）
→ 燃焼をうまく説明（18世紀後半に全盛）
「銅を空気中で加熱して灰化するのは
銅中のフロジストンが逃げた結果であり、
これを木炭と共に加熱すると銅に戻るのは、
木炭中のフロジストンが銅の灰に結合したため」
古代四元素説：水、土、空気、火
18世紀後半：水、土、空気、フロジストン
• プリーストリー（1774年、イギリス）
「酸素の発見」
水銀灰が熱分解だけで還元されて、支燃性 のガスを放出
→ 脱フロジストン空気（実は酸素！）
• ラボアジェ（Lavoisier,1743-1794、フランス）
水銀の「灰化」還元の実験，スズの燃焼実験
（水素と結合する空気の成分を元素と考え、
oxygenと命名）
プリーストリー
ラボアジェ夫妻
→ 「燃焼とは（空気中の）酸素との化合である」
→ さらに、「酸素が元素だとすると金属灰は当然化合物 で金属は元素」と考え、順次、元素を想定していった。
33種の元素を発見
→ 「化学反応で物質が変化しても反応の前後でその質 量は変化しない」
（燃焼の実験より） ⇒ 質量保存の法則
• 熱は1840年代まで、一種の物質と考えられてきた。
• 光も当時はニュートンの光の粒子説が支配的で 物質の一つを考えられていた。
燃焼理論から始まった発見（１）
• 定比例の法則（プルースト、フランス）
「反応にあずかる物質の質量比は一定であり、そして 純粋な化合物の成分元素の質量の比は一定である」
→混合物と化合物の区別を明確にした。
• 倍数比例の法則（ドルトン、イギリス）
「2種の元素が結合して、数種の化合物 ができるとき、一方の元素の一定質量に 対する他の元素の質量は互いに簡単な 整数比となる」
例： H2O 水素：酸素= 1 : 8 ドルトン
燃焼理論から始まった発見（２）
• 定比例の法則（プルースト、フランス）
• 倍数比例の法則（ドルトン、イギリス）
• 気体反応の法則（ゲーリュサック、フランス）
「気体反応において反応する気体と生成する気体 の体積は常に簡単な整数比である」
例：水素と酸素が反応して水ができる反応は？
2H2 + O2 → 2H2O
