化 学 第一部:化学と物質構造

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  物質について,【物質の定義】, 【物質の構成】  に項目を分けて紹介する。

  物質の定義

 物質( material,substance,matter )は,一般に次のように定義される。
 ① 一般的には,空間の一部を占め,感覚によってその存在を認識できるもの,
 ② 物理学の対象となる物質は,一定の質量( mass )を持って物体を構成しているもの,いわゆる化学物質で,原子,分子,素粒子などの集合体,
 ③ 神学では,形而上学の対象とならないもの,
 などがある。
 このサイトで扱う物質は,②の定義に従う。
 
 【参考】
 質量( mas )
 物体の動かし難さの度合いを表す量で,その定義は力学の歴史とともに推移している。物理学的には厳密には,運動の法則で動かし難さから定義される慣性質量,万有引力の法則で定義される重力質量がある。
 なお,慣性質量と重力質量は,定義が異なるにもかかわらず,同一の値をとる。この経験則を等価原理(アインシュタイン提唱)というが,同じ値をとる理由は明確になっていない。
 形而上学( metaohysics )
 ① アリストテレスの言う第一哲学。哲学史・問題集・定義集・実体論・自然神学の 5部からなる。
 ② 現象を超越し,その背後に在るもの真の本質,存在の根本原理,存在そのものを純粋思惟により,あるいは直観によって探求しようとする学問。神・世界・霊魂などがその主要問題。
 
 慣性質量( inertial mass )
 ニュートンの運動方程式において,物体に作用する力 F と加速度 a は比例関係にありことが証明され,その比例係数 mI が慣性質量である。
       F=mI a
 慣性質量は,物体を既知の力で引っ張ったときの加速度を調べ,比例係数を計算することで求められる。  
 重力質量( gravitational mass )
 重力(gravity)を起こす質量で,重力 FG は,地球上では,観測した場所での重力加速度 g (9.80619920 ms‐2 ≒ 9.8 N/kg)に比例し,その比例係数 mG が重力質量となる。
       FG=mG g
 重力質量は,同一地点で物体に働く重力と標準(キログラム原器)に働く重力との比較から求められる。すなわち,一般的には校正用標準分銅を用いて適正に校正された天秤(化学天秤)を用いて求められる。
 なお,重力質量は,直感的にイメージする「重さ」を生じさせる質量である。
 重さ( weight )
 重量ともいわれ,普段に何げなく用いられる用語であるが,次に示す質量とは定義が明確に異なるので混同は禁物である。
 重さは,物体に働く重力(慣性力)の大きさをいい,重力は重力加速度により異なるので,重さは物体固有の性質ではない。
 すなわち,重力が異なる場所では,同じ物体でも重さは異なる。
 適切に校正された分銅にかかる重力と比較して重さを計る化学天秤では,重力質量を求められるが,重力との比例関係を用いるばねばかりなどの計測結果は計測した場所の重力に影響される重量であり質量とは異なる。

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  物質の構成

 物質は,ろ過,蒸留,再結晶などの物理的な方法では分離できない純物質( pure substance )と複数の純物質に分離可能な混合物( mixture )に分けられる。
 
 混合物は,複数の純物質の混合割合がどの部分をとっても同じになる均一混合物( homogeneous substance :海水,空気など)と採取する部分によって混合割合が異なる不均一混合物( heterogeneous substance :岩石,牛乳など)に分けられる。
 
 【参考】
 純物質( pure substance )
 1 種類の元素からなる単体( elementary substance )と 2 種以上の元素で構成される化合物( compound )とに分けられる。一般的には,単体,化合物とも分子( molecule ),又はイオン( iron )で構成される。

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