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歯科衛生学シリーズ

歯科衛生学シリーズ

化学

化学
一般社団法人
全国歯科衛生士教育協議会

監修（一社 ）全国歯科衛生士教育協議会 監修

化学表紙

C M Y K

1章

物質とは何だろう

物質とは何だろう

1

人間の体はもちろんのこと，空気や目に見えるものすべて，その姿形は異なっていてもすべて物質（Substance） として定義されている．すなわち，有限の質量と体積をもったものが物質である．その物質は多種多様な形態や性質をもつが，化学では，それらの物質のどんな微小部分をとっても均質であるとみなしているので，単位としての原子や分子は，物質とは考えていない．とはいえ，物質の構成要素である原子，分子に関する知識なくしては，物質の本質を理解できない．
そこで本章では，物質を構成する基本粒子である原子，分子の本質から学習し，物質の成り立ちを理解する．

1

物質の分類
到達目標

1 「元素」と「原子」の概念を説明し，主な元素記号を書く．
2

具体例をあげ，「混合物」と「純物質」を区別する．

3 「化合物」と「単体」の定義を理解し，具体例を示す．

1．混合物と純物質
自然界に存在する物質，たとえば，空気，海水，岩石，土などは，2 種類以上の物質が混ざりあっている．空気は窒素，酸素，アルゴンなどが混ざりあっているし，海水は塩化ナトリウムや硫酸マグネシウムなどが水に溶けている．
これらの物質は，肉眼では均一な気体や液体であるが，混ざりあっている物質の沸点，融点，密度，溶解性などの差を利用して，それぞれの物質を分離することができる．たとえば，窒素と酸素の沸点の差を利用して，空気から窒素と酸素を分離することができる．
また，蒸留することによって，海水に溶けている塩化ナトリウムなどと水を分離することができる．このような物質を混合物という．
一方，物理的な性質の違いによって分離された物質（窒素，酸素，塩化ナトリウ
ム，水など）は，これ以上ほかの物質に分離することができず，固有の密度，沸点，263-00521

2

2.

ボイルの法則，シャルルの法則
気体は分子の運動が激しく分子間の距離が大きいため，その体積は，温度や圧力によって容易に変化する．一定質量の気体の体積と圧力の関係はボイルらにより，また，体積と絶対温度の関係はシャルルらにより導かれた（図 2-1，2）．
体積（l）

体積（l）
V＝V0・P1・V1＝P2・V2

V1273＋t273

V0

V20P1P2圧力

図 2-1 ボイルの法則
体積は圧力に反比例－273
0100 温度（℃）
0273
373 絶対温度（K）
図 2-2 シャルルの法則
体積は絶対温度に比例

これらをまとめたものがボイル・シャルルの法則であり，以下のように表される．
「一定質量の気体の体積は，圧力に反比例し，絶対温度に比例する．
」（ボイル・シャルルの法則）
これを，圧力（P），絶対温度（T），体積（V）として一定質量の気体について表すと，次のようになる．
PV＝k （k：一定）
T
このことから，圧力（P1），絶対温度（T1），体積（V1）の一定質量の気体を，圧力（P2），絶対温度（T2），体積（V2），に変化させたとき，次のような関係となる．

温度表示
われわれは，日常の温度を摂氏（せっし，ルビン，K）の関係は K ＝℃＋ 273.15 となる．

セルシウス度，℃）という単位で表している．

また，米国のメディアだけは依然，華氏（℉）

スウェーデン人のアンデルス・セルシウスを用いているが，−40℃と−40 ℉が等しい（Anders Celsius）が 1742 年に考案したものことを利用した以下の変換方法がある．に基づいており，水の凝固点を 0℃，沸点を℃＝（℉＋40）／ 1.8−40100℃としている．一方，科学計算には主に摂氏はセルシウスを中国語で書いた「摂爾絶対温度（ケルビン，K）を用い，すべての修」から，華氏はファーレンハイト（Daniel

分子の運動が停止する絶対零度を 0 ケルビ

Gabriel Fahrenheit）の中国語における音訳

ン（K）としている．これは，熱力学温度を「華倫海特」，ケルビンはイギリスの物理学者表す単位であり，国際単位系の基本単位の一ウィリアム・トムソン（William Thomson，つでもある．

後に貴族，ケルビン卿となった）にちなんで摂氏（セルシウス度，℃）と絶対温度（ケつけられた．

263-00521

1 気体のルール27

（H ＋）の生じる反応が進む．すなわち，（v）の反応は右方向へ進行する．そして増加した OH −と生じた H ＋が反応し，水（H2O）になる．そのため，pH は変動しない．
＋
H2CO3 → HCO−
3＋ H

OH − ＋ H ＋ → H2O

章末問題⑴

Exercise

砂糖水について答えなさい．
①

溶質は何か．

②

溶媒は何か．

③

溶液の名前は何か．

⑵

砂糖が水に溶ける仕組みを説明しなさい．

⑶

食塩 10 g を水 190 g に溶かした．この溶液の質量パーセント濃度はいくらか．

⑷

ブドウ糖（分子量 180）1.8 g を水に溶かし，200 m l とした．この溶液の次の濃度を求めな
さい．

⑸

①

質量対容量パーセント濃度（w ／v％）②

モル濃度（mol ／ l）

10 m g のフッ化ナトリウム（NaF）を水に溶かし，100 m l とした．この溶液のフッ素（F）濃度は何 ppm か．また，何％か．

⑹

5％次亜塩素酸ナトリウム水溶液を希釈して 0.1％次亜塩素酸ナトリウム水溶液を 1 lつくるにはどうすればよいか．

⑺

海水でぬれた T シャツが真水でぬれた T シャツよりも乾きにくい．この理由を説明しなさい．

⑻

富士山頂の山小屋で米を炊くと生煮えになってしまう．この理由を説明しなさい．

⑼

冬，雪道に塩をまくと雪が融ける．この理由を説明しなさい．

⑽

赤血球を水に入れると溶血する．この理由を説明しなさい．

⑾

身のまわりにあるコロイドの例をあげなさい．

⑿

身のまわりにあるゲルの例をあげなさい．

⒀

コロイド溶液と普通の溶液（真の溶液）を区別する方法を述べなさい．

⒁

コロイド溶液の次の性質を例をあげて説明しなさい．
①チンダル現象②ブラウン運動

③透析

④電気泳動

⒂

酸とアルカリの性質を比較しなさい．

⒃

塩酸（HCl）と水酸化ナトリウム（NaOH）水溶液を例にとり，アレーニウスの定義を説明しな
さい．

⒄

リン酸（H3PO4）1mol は何 mol の H ＋をほかに与えることができるか．また，水酸化ナトリウム（NaOH）1mol は何 mol の OH −をほかに与えることができるか．

263-00521

4 酸とアルカリの水溶液

77

7章

ヒトをつくっているものは何だろう

スクロース
6CH2OH

5 C

O

H
4C

H

HO

OH

O

HOH2C 1H

H

C2C1O

H

3C

C
5H

3C
C2（グリコシド結合）
OH
OH

H

CH2OH
H＋

H 2O

C4HO

OHH＋HO

6H2HOC

O
H

CH2OH

HO

OH

H

H

OH

H

OH

α- グルコース

H

HO

OH

H

CH2OH

β- フルクトース

マルトース
66CH2OH

5 C

O

H

H
4C

HOCH2OH

5 C

OH

H

C3C2H

OH

H

H

C14C

O

H

H

C1O

OH

H

C3C2H

OH

OH

α-グルコースが 1 位と 4 位の C 原子の間でグリコシド結合したもの
ラクトース
66CH2OH
O

5βH

HOH

OH
H

OH

H
14H

H
23O
H

H
O

14CH2OH

5OH

OH

H
23H

OH

β-ガラクトース（左側）とα-グルコース（右側）がβ-1,4 グリコシド結合したもの

図 7-11 二糖の構造糖）などがある．マルトースは，α-グルコースの 2 分子が，1 位の炭素原子と 4位の炭素原子の間で水 1 分子が脱水縮合することにより結合したものである．この結合を α‐1, 4 グリコシド結合という．デンプンを唾液中の酵素アミラーゼで加水分解すると得られる．ラクトースは牛乳中 4％，人乳中 5 〜 7％含まれるので乳糖（milk sugar）とよばれる．α-グルコースと β ガラクトースが β-1, 4 グリコシド結合により縮合したものである．ラクトースは小腸の酵素ラクターゼによりガラクトースとグルコースに分解されるので，ヒトが牛乳を飲むと，小腸から分解
263-00521140（一次構造）例・インスリン

S S

（A鎖）
5101520
H 2N-Gly-lIe-Val-Glu-Glu-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Gln-Asn-Tyr-Cys-Asn-COOH
（N末端）

S

（C末端）

SSS（B鎖）51015202530
H2N-Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Pro-Lys-Thr-COOH
（C末端）

（N末端）

SS

Cys GlySerr
ThuePhAsnr

TyVa

ProHislhr

Ty SerLeGl

Gly Phelu

His（C 末端）

Sー S 結合Gl

ys CysSSCys

Cys Asn ーCOOH

L
yr eu Valr

Seu

Gln CnTyrArg

SVaGl

CysSl
Val G（N 末端）
H2Nー Phe
B鎖Ile

H2Nー Gly（N 末端）

nGlu Ala Leu T

TyrGLeul

A鎖AsIlen

Leu Gln

LeuLysTh

水素結合（二次構造）

α-らせん

O C

H
NC
O

R

（三次構造）（C 末端）

r ーCOOH

右まきN
N

RR

β-プリーツ水素結合（四次構造）

図 7-18 タンパク質の構造
263-00521

4 アミノ酸とタンパク質 149