高1の化学についての質問です。
マグネシウムは常温の水とは反応せず、熱水と反応して水素を発生すると教科書に書いてありました。

ということは、熱水のほうが常温の水よりも、金属に対する酸化力が強いということですよね。
同じ物質なのに温度が違うと酸化力が異なるのはなぜでしょうか。

どなたか教えていただけたら嬉しいです。

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A 回答 (1件)

高校では習いませんが、反応には越えなければならない「山」があります。


もし山がないとその辺にある紙切れは紙としては存在できず、すぐ燃えて無くなってしまうでしょう。
この山の高さを「活性化エネルギー」と呼びます。
>同じ物質なのに温度が違うと酸化力が異なる
酸化力は異なりますが、これは水が一方的に「強い酸化剤」なった訳では無く、マグネシウムも同時に「還元力が大きくなった」と考えなくては不正確です。
マグネシウムが空気中で燃えるには何かで引火させてやり「反応温度」を挙げてやらねばなりません。
この時反応温度が上がったために空気中の酸素の酸化力が上がっただけではなくマグネシウムの還元力も上がっているはずです。
反応全体としてみた場合、酸化剤と還元剤の反応の速度を上げるためには一定以上の温度に加熱し、エネルギーを与えてやる必要があるのです。
一方、マグネシウム金属の表面には不活性な酸化マグネシウム膜があります。加熱する事により、酸化マグネシウムは水酸化マグネシウムとして溶解して行くでしょう。
これも熱水を用いたときに冷水と異なる条件の一つだと思います。
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この回答へのお礼

詳しい回答ありがとうございました。
とても参考になりました。

お礼日時:2009/05/17 21:06

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Q金属の酸化

たとえば、金属Aと金属Bがあって同じ条件(加熱や酸素導入量を変えたり)で表面を酸化したとします。
酸化しやすい金属と酸化しにくい金属って、何か定量化されているものなのでしょうか?(金属と酸素の結合エネルギーとかの値によって酸化のしやすさが決まるとか)

わかりにくい質問だったかもしれませんが、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

128yenさんが仰るように、確かに「酸化され易い金属」「酸化されにくい金属」という言い方はしますよね。この時の「酸化のされ易さ」には二つの意味があると思います。
(1)時間はどれだけかかってもよいので、最終的に果たして酸化されるのかされないのか
(2)酸化されるとして、その反応は速いのか遅いのか
このうち(1)については私が申し上げるまでもなく、熱力学的な計算で判定されます。128yenさんが質問で仰っている「結合エネルギー」はこちらに関係するわけです。ところが、最終的に酸化物に至るにしてもその反応がとんでもなく遅いことは往々にしてあることですから、実際的な感覚での「酸化され易い/されにくい」とはあまり合致しなさそうです。

実際的な「酸化され易い/されにくい」は(2)の速度論的な考えの方が近いと思われますが、こちらも一筋縄ではいかなさそうです。
「酸化」という過程には下の図に示すように大きく分けて
(A)反応容器内に導入した酸素が、金属の表面に到達する
(B)表面に到達した酸素が内部に侵入し、拡散して界面に至る
(C)酸素が界面で反応する
の3つがあります。当然ながらどれが律速かで話が変わってきます。


○○酸素分子
↓     ○○  (気相、時に液相)
   ○○ ↓
━━━━━━━━━━━表面
        ○○
  ○○    ↓ (酸化層)
  ↓  ○○
───────────界面

          (下地=未反応層)


酸化が目的であれば、通常は反応容器内に十分な酸素を供給しますから(B)(C)のいずれかが律速になります。これは物質によってさまざまです。また温度域によって律速過程が(B)(C)の間で遷移するものもあります。
固体中の拡散係数は通常exp(-E/kT)に比例しますから、もし(B)なら温度の影響はこれで見当がつきます。(Eは拡散の際のエネルギー障壁、kはBoltzmann定数、Tは絶対温度)(C)の反応律速についても、反応速度はexp(-E/kT)に比例しますから同様に考えられます。(ここではEは活性化エネルギー) お気付きかと思いますが、拡散律速でも反応律速でも温度を上げれば反応は速く進みます。
拡散律速であるか反応律速であるかは、酸化層の厚さが時間tとともにどのように変化するか実験することで判定できます。時間に比例して厚くなるなら反応律速、(酸化開始からの)時間の平方根に比例するなら拡散律速です。なお反応の結果できる膜がポーラスで拡散が速かったり、あるいは揮発性で表面から飛散するな物質だったりすれば反応律速となることも自明です。
金属とは少し外れますが、半導体の分野ではシリコン上に絶縁膜としてSiO2膜を形成する過程が重要であるのはご存じかとも思います。このためSiO2中での酸素の拡散係数や、反応の速度定数についてはくわしく調べられています。(こちらについて詳しく知りたければ「半導体プロセス」のような本で「(シリコン)酸化膜形成」について探してみて下さい)

というわけで、
- 「酸化のしやすさ」は、酸化膜中での酸素の拡散係数と、界面での酸素の反応速度のいずれか(律速する方)で決まるものである
- 拡散係数・反応速度については全ての物質について詳しく調べられているわけでなく、一覧表のような形で入手できるとは限らない
という辺りになると思いますが、いかがでしょうか。

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Q金属の膨張/収縮に関して

金属毎に、熱膨張係数なるものが存在しますが、この定義は、どこからきているのでしょうか?また、金属の変化に湿度の変化は関係ないのでしょうか?
この分野において、知識がほとんどありません。さわりぐらいで結構ですので、簡単に説明していただけると助かります。

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金属は,目で見た限りではひとつのカタマリのように見えますが,非常に細かく観察すると,発泡スチロールのように粒の集合体になっています.この,粒ひとつに注目すると,結晶の方向性のために「縦方向と横方向で膨張率が違う」という場合がよくある,ということです.

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No6さん,ごめんなさい.No6さんからの補足をしばらく待っていたんですが,なかったようなので・・・
ぼくの説明が間違ってたら教えて下さいね.

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Q銅の自然酸化

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そこに銅イオン(一価)が微量に溶出し
溶出した銅イオンが酸素や二酸化炭素と反応する
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空気中の酸素と直接反応するか、
水により溶出するのではなく、銅に水分が凝結し、水に溶けている酸素と
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ただ、実際には空気中にあるH2SやSOxなどの硫黄酸化物により酸化され
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Qサイズ(W・D・H)の表示順についての質問です。

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カタログなどで商品のサイズが20×30×10などと表記されているのですが、W×D×Hの順序でしょうか?それともW×H×D? 基本的なことで申し訳ありませんが教えてください!

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幅W×高さH×奥行D が多いです。

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酸化銀を加熱すると銀になるのはどうしてなんですか?
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以下の3つの事実があります。

1金属は、空気中の酸素と反応し、酸化物になる性質を持つ。
 その性質には強い弱いがあり、速やかに反応するものや長時間かけて反応するもの、
 何も無ければほぼ反応しないものなどがある。

2化学反応は温度が高いほど速やかに進行する。
 一般には10℃上がれば2~3倍早く進行する。
 つまり、100度温度が上がれば1000~59000倍に、
 200度温度が上がれば100万倍~35億倍に早くなる。
 過熱すると酸素との化学反応も早くなり、速やかに酸化物へと変化するようになる。

3金属は高温では酸化物ではなく単体でいたほうが安定である。
 もちろん金属ごとにその性質の違いがあるが、1と関連して、
 常温で速やかに酸素と結びつく=酸素と強く結合する性質のものは超高温を必要とする
 逆に常温ではあまり結びつかない=酸素との結合が弱いものは
 ちょっと過熱した状態でさえ、酸素と結びつくよりも離れていた方が安定になる。

これらの現象が相まっておこります。
ほら、鉄の精錬も高温にして行っているでしょう。
いろいろな理由がありますが、高温ほど単体のほうが安定するというのも理由の一つです。

以下の3つの事実があります。

1金属は、空気中の酸素と反応し、酸化物になる性質を持つ。
 その性質には強い弱いがあり、速やかに反応するものや長時間かけて反応するもの、
 何も無ければほぼ反応しないものなどがある。

2化学反応は温度が高いほど速やかに進行する。
 一般には10℃上がれば2~3倍早く進行する。
 つまり、100度温度が上がれば1000~59000倍に、
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 過熱すると酸素との化学反応も早くなり、速やかに酸化物へと変化するようになる。

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Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

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No1 の回答の式より
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あとは、
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 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
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でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Q固溶体、金属間化合物、合金の違いは?

「固溶体」、「金属間化合物」、「合金」の違いについて、分かりやすく教えて下さい。辞書類でそれぞれについては調べてみたのですが、いまいち違いが良く分かりません。宜しくお願いします。

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メッキ鋼板:鋼板部分が(鉄)と(鉄と炭素の固溶体)と(鉄と炭素の化合物:セメンタイトFe3C)の混合物とメッキ部(単体金属/固溶体/金属間化合物?)
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Q弾性係数と硬さは無関係ということは,文献にのってる?

金属の弾性係数は硬さ(焼入れ)には関係ないと詳しい人から聞いたのですが,これが記載されてる文献が見当たりません. 知らない人は,硬さが引張強さにほぼ比例するという事実から,弾性係数も変化すると考えるらしく,いちいち議論する手間を省くためにも,それが記載されている文献のコピーが欲しいのです.
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鋼材の弾性係数は、加工(熱処理)方法によって 少しだけですが、変化します。 旧単位系のデータですが ご参考までに;


熱処理による炭素鋼の弾性係数の値の変化( by 本田、田中)
(縦弾性係数E、横弾性係数G の単位は kg/mm2 で記す )

C% (Si+Mn+P+S)%  900℃焼き鈍し  900℃油中冷却
                E    G       E    G
--------------------------
 0.10   0.422     20,850  8,290    19,800  8,060
 0.50   0.720     20,770  8,320    20,090  7,950
 1.02   0.517     20,350  8,330     19,490  7,930
 1.48   0.466     19,680  8,130    18,560  7,800
--------------------------
  参考 : 機械工学便覧(材料力学編)、日本機械学会

このデータを見る限りでは、900℃で焼鈍した鋼材のヤング率Eよりも 同温度で油中冷却した鋼材のEの値が、ほぼ 4~5%程度ですが 低くなっています。

でもこの程度の変化であれば、大勢には影響ないですね。

鋼材の弾性係数は、加工(熱処理)方法によって 少しだけですが、変化します。 旧単位系のデータですが ご参考までに;


熱処理による炭素鋼の弾性係数の値の変化( by 本田、田中)
(縦弾性係数E、横弾性係数G の単位は kg/mm2 で記す )

C% (Si+Mn+P+S)%  900℃焼き鈍し  900℃油中冷却
                E    G       E    G
--------------------------
 0.10   0.422     20,850  8,290    19,800...続きを読む

Q脱イオン水、MilliQ、蒸留水 の違いを教えて下さい

こんにちは。お世話になります。

バイオ、生化学系の実験に従事しているものですが「水」について教えて下さい。

水道水、脱イオン水、MilliQ、蒸留水(二段蒸留水)、超純水の違いを教えて下さい。
お互いの関係などありましたら(○○を~すると△△になる等)教えていただけると
わかりやすいかもしれません。

また、実験内容によってはエンドトキシンを気にする実験もありますが、エンドトキシンフリーの水を使う場合はどれを選べばよいのでしょうか?
動物細胞培養用に使う場合はどの水を選べばよいのでしょうか?

よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

pinokoBBさん、こんにちは。

バイオ・生化学関係に用いられる水は水道水をプレフィルターを通し、イオン交換・蒸留・逆浸透法、限外濾過などを複数回組み合わせて生成します。

プレフィルターは鉄さびや大き目のゴミを取り除くに用います。

イオン交換法は酸性・強アルカリ性の樹脂を通し、イオン化合物を除く方法でこれを行った水がイオン交換水(脱イオン水)です。水の純度の評価には比抵抗を用いますが、およそ数百kΩ・cmの水が得られます。この段階で除けるのはイオン化合物だけで有機物・微生物は除けません。

蒸留法は水を蒸留することで不純物を除く方法です。イオン交換法と組み合わせて2回蒸留することが一般的です。一般的な2次蒸留水の比抵抗は数MΩ・cmでバイオ・生化学関係には十分な純度です。動物培養細胞にも使用可能です。エンドトキシンも完全にフリーとまではいかないけれどもある程度の除去はできています。蒸留法は多くの不純物を除去可能ですが100度付近の沸点を持つ物質は除けません。

逆浸透法は半透膜に圧力をかけて精製する方法です。

限外濾過法は限外濾過膜を通す方法です。孔径は半透膜が数十nmに対し、限外濾過膜は数nmです。それゆえ、数kDa以上の分子であれば、限外濾過法で除けますので、エンドトキシンやRNaseなども除去できます。本当にエンドトキシンフリーな水が必要でしたら限外濾過法を行った水が必須です。ただ、普通のCOSとかHEKとかの動物細胞培養でしたら2次蒸留水でも十分です。蛍光検出用のマイクロアレイなんかは限外濾過水が必須なようです。

超純水は十数MΩ・cmの水のことです。MilliQはミリポア社の超純水装置を用いて作った水で比抵抗は15MΩ・cm以上と高純度の水です。MilliQに関してはイオン交換樹脂を通し、逆浸透法、限外濾過法を用いて精製しているようです。

>また、実験内容によってはエンドトキシンを気にする実験もありますが、エンドトキシンフリーの水を使う場合はどれを選べばよいのでしょうか?
これに関しては上で書いたように限外濾過膜で精製した水です。MilliQが当てはまるでしょう。(超純水も一般的には限外濾過をしているのでこれも当てはまりますかね。)

>動物細胞培養用に使う場合はどの水を選べばよいのでしょうか?
これは、2次蒸留水以上の純度があれば十分です。2次蒸留水、MilliQ水、超純水が使用できます。

ただ、水関係の装置は日頃のメンテナンスが重要でイオン交換樹脂とか水を貯めるタンク、蛇口に汚染がないかは確認する必要があります。

実験書には必ずはじめのほうに書いてあることですので、pinokoBBさん自身でなにか実験書をご参照ください。

pinokoBBさん、こんにちは。

バイオ・生化学関係に用いられる水は水道水をプレフィルターを通し、イオン交換・蒸留・逆浸透法、限外濾過などを複数回組み合わせて生成します。

プレフィルターは鉄さびや大き目のゴミを取り除くに用います。

イオン交換法は酸性・強アルカリ性の樹脂を通し、イオン化合物を除く方法でこれを行った水がイオン交換水(脱イオン水)です。水の純度の評価には比抵抗を用いますが、およそ数百kΩ・cmの水が得られます。この段階で除けるのはイオン化合物だけで有機物・微生物は...続きを読む

Q<統計学> CV(変動係数)について

CV値は
  
  CV=(標準偏差/平均値)

で算出されますよね?

ただばらつきを評価するだけなら、標準偏差でいいと思うのですけど、
平均値で割ることで何が分かるのですか?

教えてください!! お願いします。

Aベストアンサー

平均100で標準偏差(バラツキの目安)が1なら、1%のばらつきの程度です。

これを、平均10000で標準偏差100と並べてみると、数字の大きさからこちらのほうがばらつきが大きいように一瞬思いますが、実はどちらも1%のばらつきなのですね。

そういう桁によらず何%のバラツキなのか、というのを比較把握するには桁を合わせる意味で平均値で割って合わせる(正規化する)ほうが便利なのです。


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