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（８）（６）（７）の操作をくり返す。
［ｃ］お天気ねこ
（１）塩化コバルトの５〜１０％エタノール溶液を、モール付き白色スチロール球全体に
染み込ます。
（２）穴につま楊枝を差し、粘土に立てて乾燥する。
（３）糸を穴に接着剤で埋め込み、吊せるようにする。
（４）天気によって色が変化する様子を観察する。
［ｄ］二酸化窒素のアンプル
（１）アンプル用試験管４本を２００ｍｌビーカーに入れて準備し、試験管に銅片１枚と
濃硝酸３ｍｌを入れて導管を付け、反応液が泡立つようになったら次々にアンプルに充填
する。
参考：反応が激しくなるのにすこし時間がかかる。
注意：二酸化窒素が排気されるようにする。
（２）底を指で先をピンセットで持って、アンプルをバーナーの小さくて強い炎で封ずる。
注意：アンプルはまわしながら加熱し、すこし引っ張ってくびれさせ、最後はとかして切
るようにする。
（３）できたアンプルを準備された湯と氷水に交互にくり返し浸けて色の変化を調べる。
［ｅ］ブタンの沸とう
注意：バーナーの炎から離れて実験する。
（１）試験管に小さい温度計を入れ、ノズルを付けたボンベを逆さにしてブタンを数ｃｍ
注ぎ込む。
（２）まず沸点を調べる。
（３）次に口を指で押さえて沸とうを止めることができるか。
（４）続いて指を放すとどうなるか。
注意：無理に指で押さえ続けない。
備考：（ａ）（ｃ）（ｄ）が時間を要する。
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それぞれの物質は自由エネルギーと呼ばれる量を備えている。自由エネルギーは濃度や
温度によって変化する。
そして（定温定圧系の場合）化学反応や状態変化では、全体の自由エネルギーが小さく
なる向きに進行し、全体の自由エネルギーが極小になるところで停止する。ここで停止と
は平衡状態になることを意味する。自由エネルギーとは化学的な位置エネルギー（ポテン
シャルエネルギー）である。
Ｂ 濃度と変化の勢い
［１］私としては化学平衡本来の概念を基本にして教えたい。
自由エネルギーは高校生には理解できないので、それを「その物質が反応したり変化し
たりする勢いである」と説明する。まとめて変化の勢いという用語を使うことにする。
ここで濃度の意味を深める必要がある。素朴には濃度は成分の割合を表すと受け取られ
ている。しかし濃度のより本質的な意味は「注目する物質の詰まり具合の程度」である。
高校で扱うモル濃度は「溶液１［ｌ］あたりに注目する物質が何ｍｏｌ含まれるかを示す
数値」であり、その単位は「ｍｏｌ/ｌ］である。モル濃度は密度に近い概念である。
問３ 純粋な水のモル濃度はいくらか。
１［ｌ］＝ １０００ｍｌ ＝ １０００ｇ
＝ （１０００／１８）ｍｏｌ＝５５.６ｍｏｌ
答 ５５.６ｍｏｌ／ｌ
問４ ０℃，１ａｔｍ（気圧）における水素のモル濃度はいくらか。
この条件では１ｍｏｌの気体はすべて２２.４［ｌ］の体積を占める。
（アボガドロの法則より）
１／２２.４ ＝ ０.０４４６
答 ０.０４４６ｍｏｌ／ｌ
そして「変化の勢いはその物質のモル濃度に比例する」と考えてよい。ここで比例とは
正比例ではなく単調増加するという意味である（実際は自然対数が関係する）。
［２］浸透
セルロースチューブを挟んで、砂糖水の水分子が透過する変化と真水の水分子が透過
する変化が攻めぎ合う。真水の水分子のモル濃度の方が大きいので、真水の水が砂糖水に
透過する勢いが優る。
問５ 氷水に食塩を加えてかき混ぜると、どうして温度が下がるか。
始めに０℃で水が凝固する勢いと氷が融解する勢いがバランスして平衡状態にあ
る。これに食塩を加えるともっぱら水に溶解して水のモル濃度を小さくする。
そのため凝固の勢いが劣るようになり、氷が融解して融解熱のために温度が降下
する。
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［３］フェノールフタレインの変色
合成されたフェノールフタレインの構造式は複雑であるが、２価の弱酸と見なせるので
Ｈ2Ａ と表す。これが水に溶けたときには次のように電離とその逆向きの反応が平衡状態
になり、そのとき水素イオン Ｈ+ と Ａ2- イオンのモル濃度はわずかである。
Ｈ2Ａ ←→ ２Ｈ+ ＋ Ａ2-
これに水酸化ナトリウムを加えると、その水酸化物イオンによって次の反応が起こり
Ｈ+ ＋ ＯＨ- ―→ Ｈ2Ｏ
水素イオンのモル濃度がさらに小さくなり、電離の逆向きに反応する勢いが劣るようにな
り（２つの物質が係わる変化の勢いは、それぞれの勢いを合計したものになる）、反応は
電離の向きに進行し Ａ2- イオンのモル濃度が大きくなる。そして Ａ2- イオンは赤色を
示し、Ｈ2Ａ は無色である。
問６ 飽和食塩水に濃塩酸を滴下すると、食塩の雪が降る。そのわけを説明せよ。
飽和食塩水にさらに固体の食塩を加えても変化しないのでその状態で考えると、
次のように固体の食塩が電離して溶解する変化とその逆向きに固体の食塩が析出
する変化が平衡状態にあることになる。
ＮａＣｌ（固）←→ Ｎａ+ ＋ Ｃｌ-
塩酸を加えるとその塩化物イオンによって塩化物イオン全体のモル濃度が大きく
なる。そのため固体の食塩が析出する変化の勢いが優るようになる。
［４］お天気ねこ
錯イオンを含む次の化学平衡が関係する。
[Ｃｏ(Ｈ2Ｏ)6]2+ ＋ ２Ｃｌ- ←→ [ＣｏＣｌ2(Ｈ2Ｏ)2] ＋ ４Ｈ2Ｏ
赤色 青色
つまり湿度が高くなると左向きの勢いが優って赤色になり、湿度が低くなると左向きの勢
いが劣ってつまり右向きの勢いが優るようになって青色になる。
参考：圧力の影響は結局モル濃度の変化になる。一般に圧力が高いほど物質はよく詰って
いる。
Ｃ 温度と平衡移動
［１］温度も変化の勢いに関係づけることが簡単であれば、どんなに話はすっきりするこ
とだろう・・・。そこで別の手口を使うことにする。
熱化学方程式を見てみよう。
２ＮＯ2 ＝ Ｎ2Ｏ4 ＋ ４８ｋＪ
これは二酸化窒素２ｍｏｌが持つ（内部）エネルギーは四酸化二窒素１ｍｏｌが持つ（内
部）エネルギーに４８ｋＪを加えたものに等しいという意味である。簡単に言えば、二酸
化窒素の方が四酸化二窒素より大きいエネルギーを持つ物質であるわけだ。
温度を高くするとは、反応系に熱エネルギーを加えることである。するとエネルギー保
存の法則から、反応系はより大きいエネルギーを持つ状態に向けて変化するはずである。
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つまり温度が高くなるとより大きいエネルギーを持つ物質が生成する向きの変化の勢いが
優るようになるのである。言い換えると「温度が高くなるとより小さいエネルギーを持つ
物質の勢いの方が優るようになる」。（貧乏人は金をもらうと元気が出る！）
［２］ＢＢ弾ボックス
以上のことは「ＢＢ弾ボックス」のモデル実験でもイメージアップできる。ボックスを
緩やかに振動させると、多くのＢＢ弾が低い位置に留まっている。そこで振動を激しくす
ると、ＢＢ弾が高い位置に移動する。つまり温度が高くなると、平衡はより大きいエネル
ギーを持つ物質が増える向きに移動する。ただしこのモデル実験の限界は、いくら激しく
振動しても高い位置のＢＢ弾と低い位置のＢＢ弾の比が１：１以上にならない点である。
［３］二酸化窒素のアンプル
アンプルの中では次の化学平衡が成立している。
２ＮＯ2 ←→ Ｎ2Ｏ4
湯に漬けると、四酸化二窒素が変化する勢いが優るようになり、二酸化窒素のモル濃度が
大きくなる。そして二酸化窒素は赤褐色であり、四酸化二窒素は無色である。
問７ 試験管の底に少量の塩化アンモニウムを入れ、水で湿らせたｐＨ試験紙を内壁に貼
り、水平にして加熱すると、始めアンモニアによって試験紙が紫色になって移動し、続い
てそれを追いかけるように塩化水素によって赤色に変色する。次に示す塩化アンモニウム
の分解反応は発熱反応か、吸熱反応か。
ＮＨ4Ｃｌ ―→ ＮＨ3 ＋ ＨＣｌ
温度を高くすると分解するということは、そのとき塩化アンモニウムが反応する
勢いの方が優ったわけであるから、この物質が持つエネルギーの方が小さい。だ
から塩化アンモニウムは不足するエネルギーを吸収するとアンモニアと塩化水素
に分解できる。
答 吸熱反応
［４］ブタンの沸とう
ブタンが試験管から抜けていくのを放置すると、平衡状態に到達せず沸とうが最後まで
進行する。そして指で押さえてブタンを試験管の中に閉じこめて閉鎖系にすると、平衡状
態が実現して沸とうが停止する。
このように物質が失われ続けたり逆に物質が増え続けるような開放系では、化学平衡は
成立しないのである。
備考：授業では質量作用の法則が導けるように、変化の勢いをもう少し定量的に扱ってい
る。
参考：私のホームページのＵＲＬは次のようです（昨年と変わっています）。
http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/
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