酸化還元反応と中和反応について

質問(1)酸化還元反応は吸熱反応ですか？それとも発熱反応ですか？理由をつけて教えてください。
質問(2)中和反応の活性化エネルギーはなんで小さいんですか？それと触媒は使えるんでしょうか？理由をつけて教えてください。
質問(3)この質問はずっと前から気になっていたものでどうか教えてください。液体はなぜほっとくと気体になるんでしょうか？気体のほうがエネルギーが高く液体のほうが低い（だから安定）のになぜ気体になってしまうのですか？
ついでのついで質問(4)液体は圧力をもつんですか？

No.1 回答者： a-kuma 回答日時： 2001/07/17 19:55

ついでのついで、にだけ。

> 質問(4)液体は圧力をもつんですか？

そりゃあ、持ちますよお。深海に潜る潜水艇が、何故、あんなに不格好なくらい
頑丈に作ってあると、お思い？

No.2 回答者： inorganicchemist 回答日時： 2001/07/17 19:57

＞質問(1)酸化還元反応は吸熱反応ですか？それとも発熱反応ですか？

水溶液での酸塩基反応のように一つの反応式では表せないので、
反応により吸熱であったり、発熱であったりすると思います。

＞質問(2)中和反応の活性化エネルギーはなんで小さいんですか？
水溶液中での酸、塩基反応に限って考えれば、反応に主に関与している
プロトンは十分に小さいため、立体的な障害を受けにくいことと、
酸と塩基が多くの場合、それぞれ正電荷、負電荷を帯びていることが
理由でしょうか。

＞質問(3)液体はなぜほっとくと気体になるんでしょうか？
あくまで気液平衡ですから、平行が移動する条件を考えればよいと思います。
気体は自由に移動（拡散）できますから、系の中での濃度（分圧）が
かなり低くなります。部屋の中で考えればコップの付近では気体の方に
平衡が偏っていても、窓ガラスの付近では液体（結露）の方に平衡が
偏っていることでしょう。

＞質問(4)液体は圧力をもつんですか？
もちます。油圧ジャッキなどがその典型例だと思いますが、
気体との違いは圧力変化によりその体積変化が小さいということでしょうか。


何となく自信ありですが、ご指摘等ありましたら
みなさまよろしくお願いします。

No.3 回答者： HIMADESU 回答日時： 2001/07/17 22:54

(1)酸化還元反応

　物質は酸化されると、一般に発熱します。しかし必ずしも発熱するとは限りません。反応によって、化学エネルギーの低い状態になれば、発熱しますし、逆であれば吸熱となります。ただ、吸熱反応というのは比較的少なく、酸化還元反応で吸熱反応という例は、パッとは浮かびません。
(2)中和反応
　前半の質問はinorganicchemistさんのおっしゃる分で充分でしょう。触媒についてお答えします。触媒の定義は、反応速度を変える物質のことです。これには早くする場合と遅くする場合の２通りがあります。中和反応の機構は、inorganicchemistさんがおっしゃる通りなので、これを早くすることは触媒的には先ず不可能です。遅くすることは、プロトンの移動を妨げる物質、例えば有機化合物やプロトンをトラップする物質により可能とは思いますが、あまり意味はないと思います。
(3)液体→気体
　これはエントロピーに関することです。エントロピーというのは、簡単に言えば、どれだけバラバラになっているかという指標と思ってください。エントロピーは、原則的に増大します。これは、物は放って置くとどんどんバラバラになります。これを元に戻すためには、エネルギーが必要となります。散らかった部屋を片付けるのには、相当エネルギーが必要ですね。自然の法則も全く同じ事です。このバラバラ度合いから考えると、液体よりも気体の方が、圧倒的にバラバラ度が高い。だから、気体の方が安定すると考えられたらいいと思います。
(4)液体の圧力
　もちろん持ちます。液体だけではありません。固体も圧力を持ちます。あなたの立っている地面は、貴方の体重分だけ、あなたから圧力を受けているのです。海外旅行で荷物をいっぱいに詰めたスーツケースを考えてください。鍵を外せば跳ね上がりますね。これは、中の衣類の圧力によってスーツケースの蓋が押し上げられているのです。圧力というのは、本来、面積あたりにかかる力です。だから、気体も液体も固体も関係ありません。まあ、これは物理の問題ですけどね。

No.4 回答者： rei00 回答日時： 2001/07/18 09:57

　

（１），（４）に関しては既に充分な回答がありますので，（２），（３）について若干補足いたします。

> 触媒は使えるんでしょうか？

　水溶液中の中和反応は，H+ (H3O+) と OH- の反応です。つまり，H3O+ が OH- に H+ を与える反応です。これを頭において，触媒反応を考えてみます。

　触媒はどんな反応をするかご存知でしょうか。一般には，触媒が一方の基質と何らかの反応をします（化学反応ではなく，単なる物理的吸着なども含みます）。このものが第２の基質と反応します。これには２種類あります。第２の基質が触媒上の第１の基質と反応して生成物を与える場合と第２の基質が触媒と反応する場合です。後者の場合は，触媒上の基質同士が反応して生成物を与えます。このように，触媒を使った場合には，基質は触媒と反応しなければなりません。

　中和反応の場合，H+ が触媒と反応する（くっつく）ことになりますが，それよりも OH- と反応する（くっつく）方が容易です。ですので，触媒を使う事は不可能です。

> 液体はなぜほっとくと気体になるんでしょうか？

　基本的には，inorganicchemist さんや HIMADESU さんの平衡やエントロピ－を考えれば良いわけです。

　追加として，「気体のほうがエネルギーが高く液体のほうが低い」としても，室温という熱エネルギ－が常に存在します。このエネルギ－が気体になるのに必要なエネルギ－を賄えれば，ドンドン気体になり液体は無くなってしまいますが，不十分であれば，ほとんど気体にならず液体のまま存在します。