みなさんこんにちは。もしくはこんばんは。研伸館化に離れた状態で，自分と仲間が存在している」となるの学科，森 上総です。ということで，「森・古谷コラボレーではないでしょうか。少し引っ掛かりを感じる１文です。

ション」の第２回。前回の古谷先生チョイスの問題の解同種分子どうしは仲間なのですね。

説を行います。
ですので，先週アップロードされた問題にまだ目を通「容器の中には他の物質はいません。」

していない人は，確認しておいてください。なかなか面白い問題ですよ。なお，ここでいう「面白い」はこれは良いでしょう。状況の確認ですね。

「interesting」というより「funny」。受験生を面食らわせようとしているのでしょうか。それとも，もしかしたら「こういった場」で取り上げられるのが狙いの問題でしょうか。もし「僕は直線運動しようとしていますが，すぐに他の酸素そうなら，森・古谷は作問者の手の上で踊らされている，分子と衝突してしまいます。」ということになりますね。

分子と分子の間は何もありません。真空です。妨げるものがないので分子は等速直線運動をすることになりまま，とりあえず解説です。折角なので 1 文 1 文ていねす。「直線運動しようとしています」というのはそういうこといに見ていきましょう。

です。

「衝突すると運動する方向が変わってしまうので，あちら【解説】こちら衝突する毎に方向を変えながら， (ｱ) 運動しています。」「僕は酸素分子です。」

前の１文がなければ「等速直線運動」なんて答えでも大丈夫そうですが，すでに述べられてしまっています。

しゃーべったー！！

(それに選択肢にありませんしね。) ということで，答えは「分子が見える悪魔」なんていうのは有名な思考実験「熱運動」となります。

ですが(気になる人は「マックスウェルの悪魔」で検索！)，分子は，ここまでで述べられている通り，他の分子に「喋る分子」はありそうで，しかしそう見かけなかったです

衝突するまでは直線的に，他の分子にぶつかられるとね。フィクションで「喋る酵母」ならありましたが。

その都度向きを変えて激しく動き回っています。この運「原子」ではなくて「分子」が人格をもつのも面白いで動は分子のもつ熱エネルギーが大きいほど激しくなりますね。他にも電子を擬人化とかできそうです。「どこからすので，熱運動と呼ばれるわけです。の視点で世界を見るか」を変えるだけで，世界が違って見えそうです。

「ある時は容器の壁に衝突します。」
そんなこともあるでしょう。

「今，仲間の酸素分子と一緒にある容器の中で気体になっています。」「僕以外の分子も壁と衝突します。」

果たして酸素分子は「自分は気体になっている」と考えるでしょうか。気体状態というのは分子が分子間力をさっきは「仲間」って言っていたのに，今は「僕以外の振り切るほどに激しく熱運動し，分子どうしが離れて存分子」だなんてドライな表現。どちらが“僕”の本当の顔在している「状態」です。分子１個１個では「気体」も何もなのでしょうか。

あったものではありません。「自分と仲間が一緒に気体ちなみに密閉容器内に入れられている気体分子はになっている」ではなく「気体の状態，すなわちお互い1器壁に衝突することになりますが，それ以外の，例えばしかし，動き回れる空間は半分です。ということは，壁に空気中の窒素分子や酸素分子なども当然熱運動しては２倍の分子がぶつかりますね。

いるわけで，我々は絶えず窒素分子や酸素分子にビッお分かりですか。この部分はボイルの法則についてシビシ衝突されています。

述べられています。「圧力と体積は反比例する」ということです。

「この分子の壁への衝突は (ｲ) として測定されます。」「今度は，温度が下がってきました。」

分子は器壁に弾性衝突します。つまり，理想的には器壁と平行な方向には速度を変えず，器壁に垂直な方酸素分子の立場に立てば，これは周りの分子の熱運向には速度の正負が逆転することとなります。この際に，動が穏やかになった，ということから類推できたのでしょ器壁に対して力を及ぼします。ので，(ｲ)には「力」と入うね。

れたいところですが，やはり選択肢にありません。
密閉容器に入っているのは“僕”だけではありませんでした。「僕以外の分子」もビシビシと器壁にぶつかりま「温度が下がると共に，僕の運動エネルギーも低下し，す。こうなると衝突は「１点に働く力」としては測定されな壁への衝突の力も衰えてきました。」

くなります。では，どう測定されるのか。単位面積あたりん？ 温度が下がる→運動エネルギーが低下，と認に働く力の大きさ，すなわち圧力となります。

識するんでしょうかね，酸素は。ちょっと酸素の立場に立ってみないと分からない部分ですね。
化学的に見ていきましょう。熱運動が穏やかになった「しばらくすると，温度が変わらないまま，容器の大きさので，圧力が下がるわけです。状態方程式 PV＝nRT よが半分になりました。」

り，体積 V，物質量 n が変わらないとき，気体定数 R はひとりでに容器が小さくなった印象を受けます。酸素一定なので圧力 P と絶対温度 T は比例します。このことの立場なら，そんな風に感じるのかな，と受け流すこともについての記述であるわけです。

出来そうですが，違う解釈もできそうですよ。
容器の体積を小さくする際，内部の分子が壁にビシビシぶつかるのに逆らって壁を動かす必要があります。

「温度がはじめの温度(絶対温度)の (ｴ) 倍になったとすなわち外部からエネルギーを与える必要があるのでき， (ｲ) ははじめと同じ値になりました。」

す。そのため，一息にダーンって容器の大きさを半分に先ほど圧力が２倍になっていましたから，元と同じ圧してしまうと，内部の気体はエネルギーを受け取ってし力にするためには圧力を 0.5 倍にする必要があります。

まいますので，温度が上がってしまうのです。(断熱圧縮ということは絶対温度も 0.5 倍にしなくてはいけません。

ですね。) 温度が変わらず，容器の大きさが半分……これには極めてゆっくり器壁を動かして体積を半分にする「さらに温度が下がってきました。」

必要があります。「気づかないぐらいゆっくり器壁が動かされたから，知らない間に体積が半分になっていた」と自分の動きが穏やかになったと感じたのでしょうか。

いうことなのかもしれませんね。
とにかく，さらなる新しい状態に変わったわけです。圧縮され，冷却され，さらに冷却され，忙しいですね。

「壁への単位面積当り，単位時間当りに衝突する分子の数は (ｳ) 倍になりました。」「よく見ると，僕の仲間の中には身を寄せ合って液体に同じ温度なら同じ激しさで分子が動き回っています。

なっているものもたくさん出てきました。」

2

なんだか，「ザ・擬人化」って感じがします。「寒くなっさらに冷却されてしまったので，この並進運動すらでたから身を寄せ合っている」……なるほど，と思います。

きない，という状態になったわけですね。すなわち，固体です。

「僕も液体中の一つの分子になってしまいました。」「よく見ると，隣の分子もその隣の分子も同様に動けなく“僕”も「身を寄せ合った」んですね。

なって，僕たちは規則正しく並んでいます。」「規則正しい」がキィワードです。

「液体になると他の仲間たちからの (ｵ) の影響を受け易くなります。」「このように原子が規則正しく並んだ状態を (ｶ) といえー？ これも因果関係がおかしい気がします。「寒います。」

いと身を寄せ合う」は「擬人化」としては悪くないと思いますが，実際に分子が「寒がって」「くっつこうとして」「身を固体は構成粒子が規則正しく配列した状態と，不規寄せる」わけではありません。恒温動物のヒトと同じ感覚則に配列した状態とがあります。前者が結晶，後者をアで「化学的な事象」まで語ってはいけないと思います。

モルファスといいます。アモルファスの例としてはガラス，ゴム，プラスチックぐらいがスッと出てくればいい感じでさて，ではより正確に表現するとどうなるのか。分子のす。

熱運動が穏やかになると，分子どうしが「すれ違う」のに時間がかかります。また，分子どうしがガツンとぶつかって跳ね返るのも激しくは起こらず穏やかになっていきま「また温度が上がり，みんな気体になって しまいましす。

た。」

そうすると，分子どうしは分子間力の影響で引き合うこ気体になることは多少残念なことなのですね。「しまいとになります。分子間力は分子と分子の距離が近いほどました」なんてね。

強く働きます。ゆっくりすれ違うと，分子どうしが近くにある時間が長くなるわけです。穏やかに衝突する場合もそうですね。すると分子間力が長く強く働いて，分子どうし「前のように，他の酸素分子と衝突を繰り返してあちらこが引き付けあった状態，すなわち液体になるわけです。

ちらに動き回っていると，別の分子と出会いました。」
急展開。そろそろクライマックスですよー。

「もっと温度が下がってきました。」
えらいこっちゃ。

「それは水素分子でした。どうもはるか彼方にあった壁が破れたようです。」
温度が上がって，圧力があがったために壁が破れた「 (ｵ) が優勢となって，僕はある点を中心に振動するのでしょうか。しかし，水素の発火点は約 500℃。元がだけで，大きく動けなくなってしまいました。」

何℃だったかわかりませんが，仮に常温だったとして３液体の状態では分子はまだ熱運動をしています。た倍に満たない圧力です。あまり強くない壁だったのでしだ，分子どうしが引っ付いているので，空いたすき間にょうか。それとも，かなり元の圧力が高かったのでしょう分子が入り込み，そのまた空いたすき間に別の分子がか。

入り込み，といった感じの運動になります。この液体の多分，酸素の立場だから気づきませんが，この「壁の状態における分子の運動を特に並進運動という場合も破れ」も「人為的」でしょう。体積が減少し，冷却され，冷あります。

3却され，冷却され，加熱され，コックを開く。実に「気体に入る，ということかな，と想像つきますね。の実験」にありそうな状況だと思いませんか。

「周りにいる水素分子と酸素分子の数を数えてみまし「水素分子は僕たちの容器と壁を隔てた別の容器中にた。」

いたのです。」「周りにいる」ということは目の届く範囲の数，でしょうですから，これは「容器 A 中には 1mol の酸素が，容かね。全数調査ではなく標本調査してみたということで器 B 中には 2mol の水素が入っており，この２容器はコしょうね。なかなか機転が利きますね，“僕”は。

ック付きの管で連結されている」といった状況だったのでしょう。

「どうも水素分子と酸素分子の数は２：１に近くなっているようです。」「水素分子は他の水素分子や酸素分子と衝突しながら“僕”は気づかなかったようですが，先も述べたようにあちらこちらに行った挙げ句，ここまで来たのです。」

どうやらこれは人為的に操作された「実験」ですから，おその「ここ」って，どこやねーん！

そらくはかなり正確に２：１だったのではないでしょうか。

「このことを (ｷ) といいます。」「何もなければこのままで水素と一緒に (ｹ) の状態でいられますが，結構微妙になっています。」「ここ」がどこで，「このこと」がどのことを指しているか不明瞭な以上，ちょっと乱暴な気がしますね。しかし，選文章からだけでは(ｹ)も埋めきれませんが，これは 2択肢がありますから，空気を読んでそれらしいのを選び種類以上の純物質が混ざった状態を指す，混合物を入ましょう。

れるのが妥当でしょう。水素という純物質と酸素という純物質が混ざった状態ですね。

水素分子はいろいろな分子にぶつかりながらも，おそらくは奥の方まで「徐々に広がってきた」ので，拡散してところで，この状態が「微妙」とは，なかなか「微妙」なきたわけですね。

表現を使いますね。「微妙」のそもそもの意味は「何とも言いがたい味わい深さがある様子」といった意味ですよ。
プラスですよ。マイナスの意味で使われだしたのは割と「よく見ると，水素分子の速さは僕たち酸素分子より最近になってから。どうやら，“僕”はまだまだ若いようで(ｸ) ものが多いようです。」

すね。

これは物理選択でないと厳しいのではないでしょうか。
運動エネルギーは1
mv2 です。m は質量で，v は速度で2「もし，火花が飛んだりすると，あっという間に僕はばらばらにされて２つの水分子になってしまいます。」

すね。分子がもっている平均のエネルギーは同じ温度

2H2 ＋ O2 → 2H2O という反応のことを指していなので同じです。しがたって，水素分子と酸素分子ではます。ちなみに水素と酸素が２：１で含まれている気体は酸素分子の方が 16 倍重いですから，分子の平均の速「水素爆鳴気」と呼びます。試験管などに水素をためて，度は水素の方が 4 倍大きい，とわかります。

試験管の口に火を近づける，という実験をしたことはありませんか。ポンッという音をだして反応したはずです。音とともに反応するので「爆鳴気」です。

「そして，ついには全体的に混じってしまいました。」
どこを飛んでも，酸素と水素が同じぐらいの比で視界

4

「これは (ｺ) 反応なので，水分子は大きな (ｻ) を得ることになります。」【解答】

要するに水素の燃焼ですからね。発熱反応です。発(ｱ) 06

生したエネルギーを水が受け取り激しく熱運動すること(ｲ) 02となります。(ｻ)は運動エネルギーとなります。

(ｳ) 27「この (ｻ) はとても大きいので，多くの水分子は壁に(ｴ) 32

衝突して簡単に壁を壊してしまうでしょう。」(ｵ) 01

やっぱり壁の素材が気になります。水素爆鳴気の実(ｶ) 09

験の時に試験管は壊れましたか。壊れなかったですよ(ｷ) 14ね。さほどの威力じゃないですよ。それとも，よほど大規(ｸ) 28

模な実験を行っているのでしょうか。

(ｹ) 21……いつから実験だと勘違いしていた？

(ｺ) 16(ｻ) 25「そうです。“爆発”してしまうのです。…と，思った瞬間火花が飛びました…。」
些末的ですが，これだと，「容器を壊すことが爆発」と誤解してしまいそう。「急激な(気体の)熱膨張」が爆発です。そんなに気にすることでもありませんが。
最後に火花が飛んでしまって，余韻，そして物語の終わり。思い出してください。この文章では「人格」をもっているのは「酸素分子」でした。ということは反応し，酸素が水に変化すると，酸素分子としての“命”が終わるわけですね。
ありがとう，“僕”。キミのことは忘れないよ……。

こうして，じっくり味わってみると色々と考えられて作られているようにも思えますし，そうでないようにも思える部分もあります。しかし，全体通して，なかなかに楽しめる問題なのではないかと思います。
化学では，マクロな現象を，ミクロな粒子の挙動から解き明かしていく，というアプローチをすることが多いです。ですので，巨視的と微視的，視点の切り替えがスムーズにできるのは意味があることだと思います。そういう意味でもいい問題ですね。

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