　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１０．８．４～６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　科教協兵庫大会化学分科会　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　林　正幸（愛知　アルケミストの会）　　レポート・化学平衡の新たなイメージ　化学平衡に係わる内容をどう教えるか、私はこれを３０年以上に渡って課題にしてきた。現役時代はその思いを授業プリント「化学平衡」に組み込んできた。　　　　http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/masa/p17.htm 退職してからは講座プラン「化学的変化はどちらに向かうか」　　　　http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/masa/w2.htm をつくり、昨年６月にはそれを大きく改訂して「変化はどちらに向かうか＆化学平衡」　　　　http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/masa/w2-2.htm とし、その暮れの安房科学塾（館山市の民宿で開かれる自主的研究会）にその思いを「化学平衡をどう教えるか～その冒険的試み～」　　　　http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/masa/nc2-18.htm として発表し、今年３月には先進科学塾（高校生以上が対象）で「化学平衡の新たなイメージ～化学的変化はどちらに向かうか～」（テキストは資料として添付）　　　　http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/masa/nc1-10.htm という講座を開いた。　このような蓄積と実践にもとづいて「化学平衡の新たなイメージ」を提案したい。教科書など既存の教え方に捕らわれず、新しい提案を検討してもらえれば幸いである。Ａ　勢いと濃度［１］高校の化学教科書では、反応速度を先に教え、それをもとにヨウ化水素の合成と分解　　　　Ｈ₂ ＋Ｉ₂ ←→ ２ＨＩを取り上げ、右向きと左向きの反応速度が次の関係式で表されることを示す。　　　　ｖ(右) ＝ｋ₁［Ｈ₂][Ｉ₂］　　　　ｖ(左) ＝ｋ₂［ＨＩ]² そして化学平衡では２つの速度は等しくなり　　　　ｋ₁［Ｈ₂][Ｉ₂］＝ｋ₂［ＨＩ]² したがって　　　　［ＨＩ]²／［Ｈ₂][Ｉ₂］＝ｋ₁／ｋ₂ ＝Ｋ　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 1 - と化学平衡の法則（質量作用の法則）まで導き出す。［２］しかし現実には反応速度がこの法則に合うように表現できることは少なく、本質的には化学平衡は反応速度ではなく、自由エネルギーの問題である。　にもかかわらず教科書でこのような扱いが見られるのは、ある種の良さが感じられるからではないだろうか。それは私が思うに、化学反応が相対立する（正逆両方の向きの）２つの変化から成り立つことを確認し、さらにそれぞれの変化の起こりやすさが濃度に比例していることをイメージできるからであろう。［３］化学熱力学によると、定温定圧系においては、化学的変化（化学反応や状態変化・溶解など）は（ギブスの）自由エネルギー　　　　Ｆ＝Ｈ－ＴＳ　　（Ｈ：エンタルピー　Ｓ：エントロピー）が減少する向きに進行し（かつてこれが化学Ⅱの教科書に取り入れられたことがあった）、極小値で化学平衡が成立する。　次のような化学反応があったとする。　　　　ａＡ＋ｂＢ ←→ ｄＤここでたとえばＡはある物質の化学式、ａはその係数である。そしてたとえばＡの化学ポテンシャル（１ｍｏｌあたりの自由エネルギー）を μ_A と表すと　　左辺の自由エネルギー：Ｆ(左辺) ＝ａμ_A ＋ｂμ_B 　　（１）　　右辺の　　　〃　　　：Ｆ(右辺) ＝ｄμ_D 　　　　　　　（２）となる。もしＦ(左辺) がＦ(右辺) より大きければ、反応は右向きに進行して全体の自由エネルギーは減少し、Ｆ(右辺) がＦ(左辺) より大きければ、反応は左向きに進行して全体の自由エネルギーは減少する。そして両者が等しいときには化学平衡が成立する。参考：溶解では、たとえば　　　　　固体のショ糖 ←→ 溶けたショ糖　　　のように、左辺と右辺の溶媒の化学ポテンシャルが同じであるので、溶媒を省いて　　　扱うことにする。　そして温度が一定なら、化学ポテンシャルは次のように表せる。　　　　μ ＝ μ₀ ＋ＲＴｌｎｃ　　　（３）ここでｌｎは自然対数、ｃはモル濃度、そして μ₀ はモル濃度が１ｍｏｌ/Ｌのとき（これを標準状態という）の化学ポテンシャルであり、温度のみの関数である。参考：より厳密にはモル濃度の代わりに活量を使うべきである。　　　標準状態には、正確には圧力も指定される。つまりそれぞれの物質の化学ポテンシャルはモル濃度が高くなると大きくなる（単調増加）。［４］こんなわけで左辺の自由エネルギーを右向きに「変化しようとする勢い」と、右辺の自由エネルギーを左向きに「変化しようとする勢い」と捉えてはどうだろうか。もちろ　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 2 - ん「勢い」はそれぞれの辺の物質が持っている。そしてたとえば物質Ａのモル濃度が高くなれば、Ａの化学ポテンシャルが大きくなり、左辺の「勢い」が大きくなる・・・。さらにＡの化学ポテンシャルも敢えて物質Ａの「変化しようとする勢い」と呼んでしまえば、Ａのモル濃度が高くなると、Ａの「勢い」が大きくなり、左辺の勢いが大きくなる（ただし係数までは触れない）と言うように、「勢い」で化学反応の進行の向きや化学平衡を捉えることができることになる。これが私の提案の基礎である。参考：勢いという用語については、より適切なものが無いか探しているが、現時点では思　　　い付かない。［５］先進科学塾のテキストでは次のように書いた。（ｐ９）「　　「化学的変化はある向きの変化とその逆向きの変化の両方から成り立ち、　　　　　　　　　　　互いにその勢いを競い合っている」のである。　ここで「勢い」という言葉を使った。これはときに自由エネルギー、ときに化学ポテンシャルを指すが、いきなりそれらを厳密に扱うのは困難である。講座プランではこの「変化しようとする勢い」という言葉を使って、大づかみにその内容をイメージアップする。この勢いは位置エネルギーに似ており、変化の主体である物質が持っている。勢いは濃度、温度、圧力などの条件によって大きくなったり小さくなったりする。そして水が低いところに流れるように、勢いの大きい物質は勢いの小さい物質に変化する。」（ｐ１０）「　　「正逆両方の向きの変化の勢いがバランスして、見た目には変化が停止した　　　　　　　　　　　ように見える状態は、化学平衡と呼ばれる。」」（ｐ１１）「　　「物質が変化する勢いは、温度が一定なら、モル濃度が高いほど大きくなる」のである。ただし勢いとモル濃度は正比例するのではなく、モル濃度が高くなると勢いが大きくなる（単調増加する）のである。」（ｐ１１）「一般に純粋な液体や固体の勢いは、温度が一定なら、量の多少によらず一定とである。それはそのモル濃度が変わらないからと言える。ただし気体は、６節で学習するように圧力によってモル濃度が変わり、含まれないので注意しよう。」（ｐ１１）「鉄(Ⅲ)イオンとチオシアン酸イオンが反応する勢いは、それぞれのイオンの勢いの合計になる。」（ｐ１１）「ちなみに化学熱力学によると鉄(Ⅲ)イオンの勢いは、それがチオシアン酸イオンと結び　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 3 - 付く場合でも、たとえば水酸化物イオンと結び付いて水酸化鉄(Ⅲ) Ｆｅ(ＯＨ)₃ になる場合でも、化学的変化によらず同じ値である。それはチオシアン酸イオンも同様である。」　ちなみに３つめの記述は、たとえば飽和食塩水あるいは不飽和食塩水から固体の食塩が析出しないことの理由になる。つまりこれらの食塩水の中には固体の食塩の微粒子が浮遊していて、溶解の勢いは無限小にはならないのである。　最後の記述は、化学平衡が物質の自由エネルギーのみで決まることを示している。　下の「受講者のアンケート」の④の前半「氷に塩を入れると溶けるというのが、（それを）水の濃度で考えるというのがとても感動的でした。」や、⑧の中段「でも、化学平衡について、”変化する勢い”という表現で考えるのは面白く、分かりやすかった気がしました。私はとにかく事象で考えてしまって、理論の方はおろそかになってしまうので、一度こういう機会を得て、じっくり考えることが大切だと思いました。」は、これらの表現を支持している。［６］定温系における化学平衡の法則（質量作用の法則）に移ろう。関係式（３）を使って（１）（２）を書き直すと　　Ｆ(左辺) ＝ａμ_A0 ＋ａＲＴｌｎｃ_A ＋ｂμ_B0 ＋ｂＲＴｌｎｃ_B 　　Ｆ(右辺) ＝ｄμ_D0 ＋ｄＲＴｌｎｃ_D 両者が等しいので　　(ａμ_A0＋ｂμ_B0) ＋ＲＴｌｎ(ｃ_A^a・ｃ_B^b) ＝ｄμ_D0 ＋ＲＴｌｎｃ_D^d 整理して　　－(ｄμ_D0－ａμ_A0－ｂμ_B0) ＝ＲＴｌｎ(ｃ_D^d／ｃ_A^a・ｃ_B^b) となり、左辺の（　）内は標準状態における自由エネルギー変化であり、温度が一定なら一定の数値になる。したがって温度が一定なら右辺の（　）内も一定の数値になり、それをＫとして　　　　ｃ_D^d／ｃ_A^a・ｃ_B^b ＝Ｋが導かれる。参考：圧力（分圧）を使う化学平衡の法則は取り上げないでおく。ただしこの展開は高校生には無理であり、「変化しようとする勢い」から導かれる法則として天下り的に教える。Ｂ　勢いと温度［１］さて教科書では、Ａ節で書いたように、ヨウ化水素の合成と分解を取り上げた後、脈絡なくいきなりルシャトリエの原理（平衡移動の法則）に飛んでしまう。この法則は多　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 4 - 分に現象論的であり、「あまのじゃく法則」などと誤解を生みやすい。ひどい場合は「温度を上げると、温度を下げようとする」などと混乱しそうな説明がなされる。さらに圧力の影響については「圧力を高くすると、その影響を和らげるように気体の分子数が減少する向きに平衡が移動する」となり、これは間違いを含んでいる。　せっかく化学的変化では相対立する２つの変化が競い合っていると本質に迫りながら、それを深めるどころか、受験問題を解くための上滑りな理解に追いやってしまう傾向が強い。［２］ところが私の方も温度の影響は悩ましい。定圧系では自由エネルギーの変化は次のように表される。　　　　ｄＦ＝　－ＳｄＴつまり温度を高くすると、エントロピーが大きいほど自由エネルギーが小さくなることを意味する。しかしエントロピーは高校では扱いづらい。　幸い化学熱力学には次のような定圧平衡式というものがある。　　　　ｄｌｎＫ／ｄＴ＝ ΔＨ／ＲＴ² ここで ΔＨは化学的変化が右向きに進むときのエンタルピーの増加である。これは定圧下では　　　　ΔＨ＝ ΔＥ＋ＰΔＶ　　（Ｅ：内部エネルギー）と表せる。このエンタルピーを「物質が持つエネルギー」と表現すれば（これは熱化学方程式では普通にやっていることである）、ΔＨが正であるとは、左辺の物質のエネルギー（の合計）が、右辺の物質のエネルギー（の合計）より小さいことを意味する。そしてこれは温度を高くすると（つまりｄＴが正なら）ｄｌｎＫが正であることを、つまりｄＫが正であり平衡定数が大きくなることである。それは化学的変化が右向きに進行することである。ここで「変化しようとする勢い」につなげると次のようになる。「温度を高くするとエネルギーが小さい方の物質の勢いがより優るようになる。」　このように残念ながら２つの勢いの相対的な優劣しか提示できない。　実はこの結論はルシャトリエの原理からも引き出せる。温度を高くすると、その影響を和らげるように、つまり吸熱変化の向きに平衡が移動する。これはエネルギーが小さい方の物質の勢いがより優るようになることである。つまりルシャトリエの原理も扱い方次第とも言える。［３］なお容積一定の容器内での気体の反応のような定温定積系では、ヘルムホルツの自由エネルギーがものを言う。そしてこのような系では次のような定積平衡式が成り立ち　　　　ｄｌｎＫ／ｄＴ＝ ΔＥ／ＲＴ^a 似た展開ができる。そしてこの自由エネルギーも「勢い」に含めることにする。ちなみにこの系では、物質が持つエネルギーは内部エネルギーそのものになる。これは蒸気圧などに使える。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 5 - ［４］先進科学塾のテキストでは次のように書いた。（ｐ１７）「　　「化学平衡であるとき、温度を高くすると　　　　　　　　よりエネルギーが小さい方の物質の勢いが優るようになる。」温度を高くするとは、系にエネルギーを与えることである。したがってこれはたとえて言えば、ある額の金を得ると貧乏人の方が大金持ちより元気になるとして、頭に入れておくことができる。なおここで物質とは左辺の物質あるいは右辺の物質を指し、複数のこともある。　そして同じように考えて　　「化学平衡であるとき、温度を低くすると　　　　　　よりエネルギーが大きい方の物質の勢いが優るようになる」のである。ある額の金を失うと、大金持ちの方が貧乏人より平気で居られるわけである。」　下の「受講者のアンケート」の④の後半「貧乏人と金持ちというエネルギーの大きさのたとえが、考えやすくとても分かりやすかったです。」は、この表現を支持している。Ｃ　勢いと圧力［１］定温系では、ひとつの物質の自由エネルギーの変化は次のように表される。　　　　ｄＦ＝ＶｄＰ　　　　（４）これは圧力を高くすると、体積が大きい物質ほど自由エネルギーが大きくなることを意味する。これも以下のようになかなか悩ましい。　物質が気体なら、状態方程式　　　　ＰＶ＝ｎＲＴをＶに代入すると　　　　ｄＦ＝ｎＲＴ(ｄＰ/Ｐ) ＝ｎＲＴｄｌｎＰ１ｍｏｌとして任意の状態と標準状態の間で積分すると化学ポテンシャルが　　　　μ － μ₀ ＝ＲＴｌｎＰとなる。ここで μ₀ は単位圧力（たとえば１aｔｍ）のときの化学ポテンシャルである。そして混合気体の場合にはＰは分圧になる。　さらにモル濃度を含む状態方程式　　　　Ｐ＝ｃＲＴを代入すると　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 6 - 　　　　μ ＝ μ₀ ＋ＲＴｌｎｃＲＴ＝ μ₀ ＋ＲＴｌｎＲＴ＋ＲＴｌｎｃ温度は一定なのでＲＴｌｎＲＴは一定であり、次のように書き直せる。　　　　μ ＝ μ₀' ＋ＲＴｌｎｃここで μ₀' は気体のモル濃度が１ｍｏｌ/Ｌのときの化学ポテンシャルである。　このように気体では自由エネルギーの圧力による変化は、モル濃度の変化に置き換えて捉えるようになっている。［２］これに対して液体や固体、そしてその混合物ではどうだろうか。これらは通常は非圧縮性であるので、圧力を高くしてもモル濃度は変化しない。もしそうなら液体や固体では圧力の影響を受けないのだろうか。そうは行かない。浸透現象を例にする。たとえば真水とショ糖水溶液が半透膜を隔てて接していると、ショ糖水溶液の水位が高くなる。つまりショ糖水溶液中の水はモル濃度では真水より小さくて自由エネルギーは小さいが、圧力が高くなることで自由エネルギーが大きくなり、真水の浸透に対抗することができる。液体や固体の物質の自由エネルギーは圧力が高くなると大きくなるのである。このことは化学ポテンシャルでは、モル濃度ではなく活量を使い、圧力が高くなると活量が大きくなると扱うのである。　ここで関係式（４）にもどってみよう。通常の圧力の下では液体や固体の体積は、気体に比べて桁違いに小さい。したがって近似的には、圧力が変化しても液体や固体の自由エネルギーの変化は無視できる。つまり圧力が変化しても液体や固体のモル濃度は変化しないと扱うことができる。［３］こうして「気体を含む化学的変化」に限定すると、勢いと圧力（全圧）の関係は近似的に、圧力の変化をモル濃度の変化に置き換えて考えればよい。もちろんすべてが気体の化学反応では「近似的」ではない。　体積変化を伴う圧力変化においては、どの気体もそのモル濃度が変化する。気体が１種ないし反応式の左辺と右辺のどちらかのみである場合は簡単である。しかしそうでない化学的変化では、化学平衡の法則の助けを借りないと、どちらに向かうかは解決できない。　それから体積変化を伴わない圧力変化では、モル濃度が変わらないのでそもそも化学平衡が崩れない。　なお「気体を含まない化学的変化」に関しては、浸透のように一方の物質の圧力のみが変化する事例では「液体や固体の勢いは、圧力が高くなると大きくなる」として扱うことができる。［４］先進科学塾のテキストでは次のように書いた。（ｐ２０）「圧力の影響は　　「気体を含む化学的変化では、圧力を変えることは、　　　　　　気体のモル濃度を変えることに置き換えて考えればよい」　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 7 - のである。」［５］ルシャトリエの原理の位置づけに触れておく。私はこの法則も紹介し、使えるようにすることは意味があると考える。ただし圧力に関しては、Ｂの［１］で触れたが、容積一定の容器にその化学的変化に無関係な気体を注入するような、体積変化を伴わず圧力（全圧）を変化させる場合は誤りになることを注意する。　ルシャトリエの原理は別の視点から見ると面白い。つまり化学平衡には条件の変化に抵抗して現状に留まろうとする「慣性」のようなものがあると捉えるのである。もちろんこれは、条件の変化に応じて相対立する２つの変化の「勢い」に優劣が生まれて平衡が移動することと統一するべきである。Ｄ　系について［１］化学熱力学では、系の特徴に応じて理論が展開される。しかし高校の化学教科書では系の概念すら出てこない。　熱エネルギーの出入りはあるが物質の出入りがない系は閉鎖系と呼ばれる。そして物質の出入りがある系は開放系と呼ばれる。開放系では平衡は成立しない。フェノールフタレインを含む水溶液に、塩基や酸を加える事例を考えてみる。塩基を加えていくとやがて赤色になるが、これは開放系だろうか。塩基を１滴加えてはどうなるか様子を見れば、これは閉鎖系として捉えることである。［２］温度が一定に保たれる系は定温系と呼ばれる。温度が変わり続けては平衡は成立ない。ある温度で砂糖の飽和溶液がある。この温度を低くするとどうなるかという事例を考えてみる。より低いある温度にしてそれを保つわけだから、定温系である。　簡単な断熱容器で水にショ糖を溶かすと温度が下がる事例を考えてみる。これは短い時間では熱エネルギーの出入りがないので断熱系である。しかし次のように考えることもできる。長い時間が経てば系はまわりから熱エネルギーを得て室温に、つまり始めと同じ温度になる。定温系と捉えるのである（途中で一時的に温度が変化しても構わない）。するとこの変化は吸熱であり、水とショ糖が別にあるより、ショ糖水溶液である方がエネルギーが大きいことが分かる。吸熱や発熱とは定温系として捉えたときの話である。始めと終わりで温度が異なっては意味がない。これが曖昧であると、温度が低いと吸熱と勘違いする。だから冷凍庫で水が凍って氷ができるので、凝固が発熱変化とは思えなくなる。［３］温度と圧力が一定に保たれる系は定温定圧系と呼ばれる。これはもっともよく出てくる事例であり、通常の熱化学方程式も厳密には定温定圧系のものである。　ところが密閉容器内で水が蒸発する事例を考えてみる。これは定温定圧系ではない。化学平衡になるまで（飽和するまで）圧力は変化し続ける。これは定温定積系であり、Ｂの［３］で書いたように、ヘルムホルツの自由エネルギーで捉える。したがってこれは本来は区別して扱うべきであろう。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 8 - ［４］先進科学塾のテキストでは次のように書いた。（ｐ１７）　化学的変化が進行する（そして停止している）間、系全体の温度が一定の数値に保たれる系は「定温系」と呼ばれる。実際は温度は一時的に変化してもよく、その後に始めと同じ温度にもどれば定温系である。（ｐ１８）　また実験３（ｃ）を除くすべての実験において、系の圧力は大気の圧力と同じである。これは「定圧系」である。このように私たちが扱う事例には「定温定圧系」が多い。　化学的変化が進行する（そして停止している）間、物質が出入りしないように保たれている系は「閉鎖系」と呼ばれる（熱エネルギーなどは出入りしてもよい）。（ｐ１８）　一般に温度がいつまでも変化し続けたり、物質がいつまでも出入りし続けたりする系では平衡は成立しない。　圧力に関してはすこし複雑である。たとえば真空の容器に少量の水を注入する事例（温度は３０℃）のように、系の体積が一定に保たれれば（定積系という）圧力が変化し続けても平衡は成立するが、そうでないなら圧力がいつまでも変化し続けては平衡は成立しない。（ｐ１９）　化学的変化を反応式のように書くとして、さて左辺の物質と右辺の物質でどちらの持つエネルギーがより大きいか、は実験ではどのように分かるだろうか。この比較は元々が温度を決めて、つまり定温系で比べられるべきである。同じ水でも温度が高い方がエネルギーが大きいからである。熱化学方程式もそれを前提にしている。　下の「受講者のアンケート」の⑨の前半「平衡の話をする時に、ここまで前提をきっちり確認しながら話をするということをしていない時もあったなあと反省しました。」は、これらの表現を支持している。Ｅ　テキストの概要など［１］先進科学塾のテキストのあらましは次のようである。テキストは実践を踏まえていくつか改訂している（資料も改訂したものである）。　実験を含む目次は次のようである。　　　　化学平衡の新たなイメージ～化学的変化はどちらに向かうか～１節　化学的変化の本質　　　　実験１　反応は完結するか（鉄(Ⅲイオンとチオシアン酸イオンの反応)）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 9 - 　　　　実験２　塩化アンモニウムの生成と分解２節　化学平衡３節　勢いと濃度　　　　実験３　勢いと濃度　　　　　（ａ）食塩の雪　　　　　（ｂ）フェノールフタレインの合成と変色　　　　　（ｃ）浸　透４節　系と平衡定数５節　勢いと温度　　　　実験４　「平衡モデルボックス」　　　　実験５　勢いと温度　　　　　（ａ）温度と二酸化窒素の色　　　　　（ｂ）寒　剤　　　　　（ｃ）溶解熱６節　勢いと圧力　　　　実験６　勢いと圧力（圧力と二酸化窒素の色）７節　実験課題［２］すでにＡからＤでかなり説明しているが、加えて補足すると、１節の実験１はどちらの反応物質も残った途中で反応が停止することを、実験２は温度が低いと生成に、温度が高いと分解に向かうことを確認する。そしてこれらを踏まえて化学的変化の本質に迫る。　２節では仮想的な「男女対抗玉投げゲーム」で４つの事例の成り行きを考える。　３節の実験２（ａ）は飽和食塩水に濃塩酸を滴下する。そして勢いと時間のグラフも描いている。また濃度については溶質だけでなく溶媒の濃度も、それだけでなく純粋な物質の濃度も存在することを注意する。さらにルシャトリエの原理を紹介する。　４節では、酸の強さを示すｐＫも説明する。　５節の実験５（ｂ）は氷に食塩を加えることでまず勢いと濃度の関係から考え、続いて融解熱で自らの温度が下がることで勢いと温度の関係から考える。実験５（ｃ）はショ糖の水への溶解が吸熱変化であることを確認して、その溶解度が温度と共に高くなることを納得する。また化学の切り口には、平衡論とともに速度論があることを紹介する。　６節では、蒸気圧を例にしてルシャトリエの原理の間違いを指摘する。　７節は、受講者が考えるべき実験課題のいくつかの解説である。そして講座の中では私が思い付かなかった答も出てきた。課題③では「食塩を加える」という考えが出た。これはブタンを薄めるという発想であり、私の思いが伝わったと感動した。後でヘキサンを使って実現でき、テキストに加えた。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 10 - Ｆ．受講者のアンケート　１３名のうち１０名からアンケートを回収できた。この内容はテキストの改訂にも役に立った。 ①：議論ができて楽しかったです。資料集でしか見たことがなかった　　　　２ＮＯ₂ ←→ Ｎ₂Ｏ₄ の実験等もできて面白かったです。　「勢い」については、ルシャトリエの原理の位置づけをどうするかが１つの問題だと思います。「勢い」の主語にも注意するべきだと思いました。 ②：皆さんがよく質問し、議論が進んだため講習の時間が足りなかったなあ。 ③：・良かったこと考え方について、議論できたこと。化学、物理、数学など。・分かりにくかったこと勢いの概念のとらえ方・希望すること論じること、話し合うことなど、議論する時間をつくってください。 ④：氷に塩を入れると溶けるというのが、（それを）水の濃度で考えるというのがとても感動的でした。　貧乏人と金持ちというエネルギーの大きさのたとえが、考えやすくとても分かりやすかったです。 ⑤：化学の教員でありながら、教えたことがない化学平衡。私自身は高校、大学で学んだ内容で「化学ポテンシャル」「エントロピー」などのキーワードを思い出したりできて、「リフレッシュ」できました。　ただ「勢い」という言葉は、私も少し抵抗がありました。「勢い」＝「エネルギー」と教えていただきましたが、力学の『加速』のイメージがかぶってしまう・・・。慣れていないかもしれません。　玉投げ合戦も、「人数」「玉数」「単位時間あたりに投げる玉数」が何に当たるのか？と考えていて未消化になってしまいました。まだまだ定着していません。　さらに最後には酸化還元も出てきて、覚えていないくやしさを思い、がんばろうと思いました。　たくさんの実験ができてよかったです。ありがとうございました。 ⑥：色々な反応を見せて戴いて、勉強になりました。ありがとう御座います。 ⑦：玉投げ合戦のモデルはとても分かりやすいと思った。（モデルはあくまでもモデルで全てを説明できるわけではないというのも心に残った。）　実験２はとてもシンプルで、分かりやすかった。特に分解する反応をｐＨ試験紙で確か　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 11 - めるのはよく分かった。「炭酸がぬけないキャップ」として売られているものに意味がないことが確認できて良かった。」 ⑧：実験を交えての講義、とても面白かったです。教科書で知っていることでも、実際に体験しながら考えると、いろいろな疑問がわいてきて、何となく、さらに謎が深まってしまったこともありました。　でも、化学平衡について、”変化する勢い”という表現で考えるのは面白く、分かりやすかった気がしました。私はとにかく事象で考えてしまって、理論の方はおろそかになってしまうので、一度こういう機会を得て、じっくり考えることが大切だと思いました。　化学平衡、もう少し深く勉強したいです。弱酸と弱塩基についての電離平衡もやってみたいと思いました。　ありがとうございました！！・リクエスト以前された内容をもう１度・・・再放送はないのでしょうか・・・？ ⑨：平衡の話をする時に、ここまで前提をきっちり確認しながら話をするということをしていない時もあったなあと反省しました。　今日は多くの知識を融合させながらの話でした。やはり化学Ⅱの範囲にするだけのことはあるなあと思いました。ありがとうございました。 ⑩：簡単な実験でもよく考えると、いろいろ考えさせられることがあることが分かった。いろいろ楽しめました。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 12 - 追記：「まとめ集」の原稿（１０．８）［１］化学平衡を、正逆両方の向きの反応速度が等しい状態であると教える伝統が根強い。しかし化学平衡は、定温定圧系では（ギブスの）自由エネルギーが支配する世界である。　物質の自由エネルギーは定温系ではモル濃度が高いほど大きくなる。　　　　μ ＝ μ₀ ＋ＲＴｌｎｃここで μ は１ｍｏｌあたりの自由エネルギー、ｌｎは自然対数、ｃはモル濃度、そして μ₀ はモル濃度が１ｍｏｌ/Ｌのとき（これを標準状態という）の数値である。私は自由エネルギーを「物質が変化する勢い」（慣れれば単に「勢い」）とし、次のように教えることを提案したい。　「物質が変化する勢いは、温度が一定なら、モル濃度が高いほど大きくなる」［２］この提案の裏にはもうひとつの意図がある。通常の展開では、ルシャトリエの原理（化学平衡の法則）を表面的に扱って問題が解ければよいとされる。これでは化学的変化では対立する２つの変化が攻めぎ合っているという本質から外れてしまう。化学的変化に関係するそれぞれの物質の「勢い」に注目すれば、それを避けることができる。［３］実験３（ａ）では、固体の食塩を含む飽和食塩水に濃塩酸を滴下すると、白色固体が降った。この化学的変化は　　　　ＮａＣｌ(固体) ←→ Ｎａ⁺ ＋Ｃｌ^- と書ける。飽和食塩水では平衡が成立しており　　　　固体の食塩が溶解する勢い＝飽和水溶液中の食塩が析出する勢いとなっている。ここで「飽和水溶液中の食塩が析出する勢い」というのは、飽和水溶液中のナトリウムイオンと塩化物イオンのそれぞれの勢いの合計である。濃塩酸を加えるのは、塩化物イオンのモル濃度を高くすることである。するとナトリウムイオンと塩化物イオンの勢いの合計が大きくなるので、水溶液中の食塩が析出する勢いが優ってその変化が進行する。［４］実験３（ｂ）では、濃硫酸を触媒にして、フェノールと無水フタル酸からフェノールフタレインを合成し、水に溶かした。これに水酸化ナトリウム水溶液を加えると赤色になった。フェノールフタレインは弱酸であるので、水中で次のように少しだけ電離し、途中で停止して平衡が成立している。　　　　Ｈ₂Ａ ←→ ２Ｈ⁺ ＋Ａ^2- この段階ではＡ^2- のモル濃度はごく小さいことに注意しよう。これに水酸化ナトリウム水溶液を加えると、結局Ｈ⁺ のモル濃度を低くする。つまりＨ⁺ とＡ^2- の勢いの合計が小さくなるので、Ｈ₂Ａが電離する勢いが優ってその変化が進行する。Ａ^2- のモル濃度が高くなり、Ａ^2-は赤色なので、水溶液は赤色になる。［５］　実験３（ｃ）では、１ｍｏｌ/Ｌショ糖水溶液を底がセルロースチューブのフィルムケースに入れて水に浸けると、水溶液の水面がガラス管内を上がっていった。始めにケース内も水にして内外の水位をそろえた場合を考える。これは内外の水のモル濃度が等しいので　　　　内の水が外に透過する勢い＝外の水が内に透過する勢いとなり化学平衡である。そこでケース内の水をショ糖水溶液と入れ替える。ケース内の水のモル濃度は、ショ糖が溶けている分だけ低くなる。つまり内のショ糖水溶液中の水が外に透過する勢いは小さくなる。すると外の水が内に透過する勢いが優って、その変化が進行して水面が上がっていく。　もっと単純にケース内外の水のモル濃度に注目して、外の方が高いので外の水が内に浸透する勢いが優っていてその変化が進行すると考えてもよい。［６］温度、圧力に関する提案は時間の都合で割愛した。　私は高校段階において、「勢い」という言葉を使い自由エネルギーの性質の初歩を学んでおけば、より高度な学習をするときにもつながりがよいと考える。　もちろん自由エネルギーに関しては次の定義式もある。　　　　Ｆ＝Ｈ－ＴＳ　　（Ｈ：エンタルピー　Ｓ：エントロピー）私は高校段階でも、溶解現象くらいはエンタルピー（内部エネルギーで代用する）とエントロピーで説明してもよいと考える。しかしエントロピーの深入りは避けたい。［７］これまで私の提案は受け入れられることが少なかった。しかし名古屋市科学館における「先進科学塾」の講座では、全体として好意的に受け止められた。そして分科会ではいくつかの肯定的な発言があり、元気づけられた。林正幸と主万子の始めのホームページ（to our initial Home Page）にもどる。

レポート・化学平衡の新たなイメージ

Ａ 勢いと濃度

Ｂ 勢いと温度

Ｃ 勢いと圧力

Ｄ 系について

Ｅ テキストの概要など

Ｆ．受講者のアンケート

　　レポート・化学平衡の新たなイメージ

Ａ　勢いと濃度

Ｂ　勢いと温度

Ｃ　勢いと圧力

Ｄ　系について

Ｅ　テキストの概要など