クイズ問題: 1774年にアントワーヌ・ラヴォアジエが提唱した、「化学反応の前と後で物質の総質量は変化しない」とする化学の法則を「何の法則」というでしょう?
答え: 質量保存の法則

関連するWikipedia記事の抜粋:
title: フロギストン説
text: 一方で、アーノルド・サックレーは以下のように別の解釈をとっている。ニュートンの影響により、化学反応の際にはたらく力を定量的に求める動きが高まり、化学親和力の概念が導入された。そして、親和力の大きさから化学反応を説明しようとしたが、結果的にそこから得られるものはなかった。そこで、力の大きさではなく、より実践的に、化学的な性質を元にして反応を説明しようとする考えが起こり、その始まりとなったのがシュタールのフロギストン説であった。この動きは以後ラヴォアジエを経てドルトンの原子論に到達した。つまりフロギストン説は化学の進歩において重要な役割を果たしたとする考えである。
title: 電気化学
text: 19世紀末には、熱力学の発展が電気化学に大きな影響を及ぼした。ヴァルター・ネルンストによるネルンストの式の提唱である。これによって電気化学反応は一般の化学反応と同等に扱うことが出来るようになった。電位がギブズエネルギーを電気量で割ったものであることを示したこの式は、電位差が電気化学反応を推し進める原動力であり、電位差がなければ電気化学反応が起こらないという事実の理論的な裏づけとなったのである。
title: 化学反応
text: 18世紀から19世紀に元素がアントワーヌ・ラヴォアジエやジョン・ドルトンらに発見されるのと同時に、化学反応する反応物と生成物との重量比に関して法則性が見出されている。これら化学反応に関与する成分の量的関係に関する理論は、化学量論として体系付けられている。化学量論は一般には経験則である定比例の法則、倍数比例の法則として知られている。
title: 反応速度論
text: グルベルグとボーゲは、化学平衡式とその基となる反応速度式が物質量のみで決定付けられることからこの関係を質量作用の法則(しつりょうさようのほうそく、en:Law of mass action)と呼んだ。ただしこの法則の和名は「mass」の誤訳であることが知られており、近年では化学平衡の法則への名称変更が提唱されている。
title: カロリック説
text: ラヴォアジエは『化学原論』に先立つ1783年にラプラスとの共同研究で、化学変化の前後で熱量(カロリック説の言葉でいう、カロリックの量)は保存するという法則を提唱した。これは熱量保存則と呼ばれる。この法則自体はカロリック説を前提とした理論ではなく、実際ラプラスは当時熱運動説の支持者であった(後に熱物質説へと転向)。しかし、結果的に熱量保存則は、熱力学第一法則が確立されるまで、カロリック説に立脚する熱学の基本法則とされるようになった。
title: 電気化学
text: 電気化学反応が電極の酸化還元の傾向や電解質に関連していることはその後の研究で明らかとなり、数多くの電池が開発された。その中でマイケル・ファラデーにより、ファラデーの電気分解の法則が発見される。この発見で物質量は電気量と密接な関係を持つことが明らかとなり、化学反応の理解に大きな寄与を果たした。
title: 化学反応
text: 19世紀後半に定量分析法が確立し20世紀にかけて発展することで化学物質の変化量が測定できるようになると、化学平衡や反応の進行する速度について、反応速度式として定式化され物質量やモル濃度そして温度が化学反応の成分量やその変化量に強く影響を及ぼすことが明らかとなった。熱力学により分子(あるいは)原子に共通な振る舞いが物理学的に説明付けられる様になり、化学平衡や反応速度について物理化学的な理論が確立されるに至った。化学反応における成分量の決定因子とその変化の早さは、化学ポテンシャルで代表される広義の熱力学と反応速度論により体系付けられる。化学ポテンシャルは熱力学第二法則を物理化学的に解釈した指標であり、反応(あるいは平衡)の進行方向を決定付ける。反応速度論により、反応速度が物質量や温度により受ける影響を分子などの微視的な振る舞いとして説明づけられるようになった。
title: 池田行彦
text: イェレミアス・リヒター(Jeremias Benjamin Richter,1762年3月10日 – 1807年4月14日)はドイツの化学者である。酸と塩基が中和される時、その酸と塩基の量の比が一定であることを見出した。ジョゼフ・プルーストが定比例の法則を主張する前に同様の法則を公表していた化学者の一人である。
title: 質量保存の法則
text: フランスの科学者、アントワーヌ・ラヴォアジエは1774年、精密な定量実験を行った結果、化学反応の前後では質量が変化しないとの結論を得て、後にこれを「質量保存の法則」として元素の概念と共に提唱した。ラヴォアジエは、化学反応によっては元素が分裂して増加したり、消滅して減少したり他の元素に転化したりしない、と述べたのであった。 (なお、この考えから出発して、定比例の法則と倍数比例の法則が発見され、原子、分子及び化学量論の概念が確立してゆくことになり、ラヴォアジエは「近代化学の父」と呼ばれることになる。)
title: 溶液化学
text: 19世紀前半にはファラデーによって電解質溶液の研究も開始された。1885年にオストワルトによって希釈律(ドイツ語版、英語版)が発見され、1884年にはアレニウスから電離説が提唱されると、酸と塩基を中心とした解離現象に関する理論が徐々に確立されていった。
title: カロリック説
text: フランス学士院は1812年、カロリック説の中のアーヴィン流とラプラス流の対立を解決すべく、気体の比熱に関しての懸賞論文を募集した。そしてそれに採用されたドラローシュとベラールの共同論文によって決着した。アーヴィン流では、発熱反応では反応前の熱容量よりも反応後の熱容量の方が小さくならなければならないが、ドラローシュとベラールの実験では、それとは逆の結果が得られたのである。よって、以降はラプラス流のカロリック説が主流となった。
title: 気体反応の法則
text: 気体反応の法則(きたいはんのうのほうそく、英: law of combining volumes)は、2種以上の気体物質が関与する化学反応について成り立つ法則である。1808年にジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックによって発表された。
title: 触媒化学
text: 触媒は、特殊な触媒力とでもいうべき力によって触媒作用を生み出していると考えられていたが、ヴィルヘルム・オストワルトが触媒の定義を「反応速度を変えるが、平衡を変えないもの」とした。そして、その定義から酸や塩基が触媒であることが認知された。
title: 反応速度論
text: 1864年、ノルウェーのグルベルグ(英語版)とP・ボーゲは、反応速度について理論構築を試みた。化学反応が物質間のある種の親和力により引き起こされ、その親和力は反応する分子の周囲にある物質量に比例するとして反応速度を定式化して、化学平衡の関係式を導いた。
title: 化学当量
text: 電気化学の電極反応は酸化還元反応なので、電荷の移動量と酸化還元の反応量との量的な比例関係を表す場合があり、その際に電気当量が用いられる。この量的関係はファラデーの電気分解の法則で規定され、電気量のモル当量単位としてファラデー(F)が定義されている。言い換えると、電気当量は酸化還元反応の半反応式について1モル当量の酸化もしくは還元反応を引き起こす電子の移動量を電荷量であらわしたものである。
title: 根の説
text: 一方、シャルル・ジェラールは複分解反応の研究から、有機化合物の中の根はリービッヒが化学反応の中においてのみ現れるもので、そのような実体は存在しないという立場をとった。ジェラールの理論を受け継いだフリードリヒ・ケクレもこの立場を継承していた。
title: ヤコブス・ヘンリクス・ファント・ホッフ
text: 1884年、反応速度論に関する著書 Études de Dynamique chimique(化学反応速度論に関する研究)を出版。その中で反応次数を求める新たな手法を提唱し、化学平衡の熱力学の法則を応用している。また、現代的な意味での化学親和力の概念も導入している。1886年、「稀薄溶液の浸透圧は絶対温度と溶液のモル濃度に比例する」というファントホッフの法則を発見。浸透圧を表す式(ファントホッフの式)が理想気体の状態方程式と同じ形であることを示した。この業績により、1901年の最初のノーベル化学賞を受賞している。
title: クロード・ルイ・ベルトレー
text: フランスの化学者ジョゼフ・プルーストと定比例の法則の妥当性について長く論争したことで知られている。プルーストは化合物を構成する元素の割合はその製法に関わらず一定だとし、ベルトレーは初期状態の反応物質の比率によって変化するとした。プルーストは正確な測定によって自説が正しいことを証明したが、化学界の権威だったベルトレーがいたため定比例の法則はすぐには受け入れられなかった。それが受け入れられたのは1811年にイェンス・ベルセリウスが認めてからである。しかし、後にベルトレーが全く間違っていたわけではないことも判明している。すなわち、定比例の法則に従わない化合物も実在することがわかった。そういった不定比化合物は、彼をたたえて「ベルトライド化合物」(berthollides) と名づけられた。
title: 反応速度論
text: 化学において、反応速度が系統的に研究されたのは19世紀中旬以降であり、1850年ドイツの化学者ウィルヘルミーによる酸触媒存在下にショ糖の加水分解反応の速度についての研究が反応速度研究の先駆けとされる。ウィルヘルミーは加水分解によりショ糖の旋光度が右旋性から左旋性へと連続的に変化する性質を利用して物質量変化を観測した。その結果、実験条件を一定にすると反応速度はショ糖濃度に比例することを見出した(反応速度・擬1次反応を参照)。
title: 化学親和力
text: これは、物質同士の化学反応を比較観察した結果を示した一覧表であり、似たような物質が異なる試薬に示す親和性の度合いを表している。クロード・ルイ・ベルトレーによるさらに深化した概念に取って代わられるまで、親和性の表の研究が広く流行した。
title: 触媒化学
text: 触媒はジョゼフ・プリーストリーによって18世紀に発見された。それは粘土によってエタノールがエチレンになるというものである。そして、イェンス・ベルセリウスが、何らかの作用によって結合を切断する作用のことをギリシア語の解くという言葉から触媒作用(catalysis)と呼んだ。ここからが触媒化学の始まりといえるであろう。
title: ファラデーの電気分解の法則
text: ファラデーの電気分解の法則(ファラデーのでんきぶんかいのほうそく、英語: Faraday's laws of electrolysis)とは、1833年にマイケル・ファラデーが発見した、電解質溶液中の電気分解に関する法則である。第一法則と第二法則がある。電気分解は電子の授受によって引き起こされる現象であるから、電解を行ったとき、各電極で発生または析出する物質の量は、電子の授受に関係したイオンの価数および、電解に使われた電気量、つまり、電子の物質量に関係しているはずである。電子の存在が明らかでなかった1833年、ファラデー(イギリス)は、電気分解における物質の変化量と電気量(通じた電流の強さと時間の積)との間に、以下の関係が成り立つことを実験的に見いだした。これをファラデーの電気分解の法則という。
title: 熱力学
text: 18世紀後半から19世紀にかけて蒸気機関が発明・改良されたが、これらは学問的成果を応用したものでなく専ら経験的に進められたものであった。一方この頃気体の性質が研究され、19世紀初めにはボイル=シャルルの法則(理想気体の性質)としてまとめられたが (ボイルの法則は1662年にロバート・ボイルによって発表され、シャルルの法則は1787年頃にジャック・シャルルによって発見されているが、最初に発表されたのは1802年で、ゲイ=リュサックによる)、まだ熱を物質と考える熱素説が有力であった。
title: 化学親和力
text: 現代の化学親和力 (chemical affinity) という用語は、18世紀スウェーデンの化学者トルビョルン・ベリマンが著書 De attractionibus electivis (1775) で使った造語「選択的親和性 (elective affinity)」または「選択的誘引力 (elective attractions)」が変化したものである。アントワーヌ・ラヴォアジエの1789年の著書 Traité Élémentaire de Chimie(化学原論)では、ベリマンの選択的親和性の概念についても論じている。
title: ユストゥス・フォン・リービッヒ
text: ベルセリウスとの間には酸や触媒の理論をめぐって激しい議論がおき、『有機化学の生理学および病理学への応用』の内容に関する論争ではついに10年来のつきあいがあった両者は絶交してしまった。また、発酵が単なる化学反応か生物の作用かをめぐってルイ・パスツールとも長い論争を繰り広げ、敗れている。
title: ルシャトリエの原理
text: となる。この式をファントホッフの式という。反応温度による平衡の移動についてはファント・ホッフによってル・シャトリエよりも早く平衡移動の原理として考察されていた。この式によれば反応エンタルピーが正(吸熱反応)ならば、反応温度が上昇すると平衡定数は増加し、生成物への移行がより有利になる。逆に反応エンタルピーが負(発熱反応)ならば、反応温度が上昇すると平衡定数は減少し、原料への逆反応がより有利になる。
title: カロリック説
text: ラヴォアジエの熱理論は1777年に発表され、カロリック(フランス語:calorique)という語は1787年にギトン・ドゥ・モルヴォとの共著『化学命名法』においてはじめて登場した。この理論は1789年の著書『化学原論(英語版)』によって完成され、同書に掲載されている元素一覧でも酸素や水素などと並んで、光素と熱素が記されている。ラヴォアジエは、それまで同一視されてきた光、火、熱を分離し、光は光素、火は酸素、そして熱は熱素によるものだと捉えたのである。このカロリック説は、ラヴォアジエがその後功績を積み重ねてゆくにつれて、多くの科学者に認められるようになった。
title: 化学ポテンシャル
text: 化学ポテンシャルはアメリカの化学者ウィラード・ギブズにより導入され、浸透圧や化学反応のようなマクロな物質量の移動が伴う現象で重要な量である。
title: キルヒホッフの法則 (反応熱)
text: 熱化学におけるキルヒホッフの法則(キルヒホッフのほうそく)、または、キルヒホフの法則とは、反応熱の温度係数が反応前後の熱容量の差に等しいという法則である。1858年にグスタフ・キルヒホッフが理論的に導いた。狭義の化学反応に伴う反応熱について成り立つだけでなく、溶解熱(英語版)や希釈熱などの、広義の混合熱(英語版)についても一般に成り立つ。また、蒸発熱などの、状態変化に伴う潜熱についても適用できる。
title: 電気化学的二元論
text: 電気化学的二元論(でんきかがくてきにげんろん、英: Electrochemical dualism)とは、すべての物質が正の電気を持つ部分と負の電気を持つ部分が結びついてできているという化学結合に関する理論のことである。 ハンフリー・デービーがこの説を最初に唱え、イェンス・ベルセリウスがそれを一大理論として集大成させた。 現在でいうイオン結合の考え方の嚆矢といえる理論である。 理論が提唱されていた当時に研究されていた物質の多くは単純な無機化合物であり、この考え方をうまく適用することができた。 しかし理論提唱後の有機化学の発展により、多くの有機化合物とその化学反応が知られるようになると、この考え方と矛盾するような現象が多く発見されるようになった。 最終的にはアンドレ・デュマとその弟子たちによる電気的性質を考慮しない一元論によって淘汰された。一元論は最終的には原子価説として確立された。
title: カロリック説
text: このような中で、1843年、ユリウス・ロベルト・フォン・マイヤーは、運動のエネルギーが熱に、あるいは逆に熱が運動のエネルギーに変わり得ることを明らかにした。1845年ジェームズ・プレスコット・ジュールは、実験を元に熱の仕事当量を算出した。また1847年ヘルマン・フォン・ヘルムホルツも、熱と仕事の等価性について論じた。このような一連の研究により熱力学第一法則(エネルギー保存の法則)が確立されると、この法則が熱量保存則では説明できない事象も含む広い範囲で成立することが明らかになり、熱量保存則に立脚していたカロリック説はその意義を失った。その後、熱が分子の運動であるとする熱の分子運動論が建設されるとともに、また熱力学の成立とともに熱素説は消滅した。
title: ニコラ・レオナール・サディ・カルノー
text: つまり歴史的に見ると、カルノーは第一法則(エネルギー保存則)も確立されていない時代に、熱と仕事の関係性にいち早く注目し、その研究内容は熱力学第二法則まで踏み込んだものとなっていたことになる。そのため、カルノーは熱力学の祖とされることがある。物理学者であるエルンスト・マッハは、当時の数少ない実験データから的を射た原理を導き出したカルノーの研究に対し、「そこには、ひとりの天才のこの上もなく快い演技を見る感がある。――かれは、格別の精励もなく、こと細かいそして重苦しい学問的手練をさして費やしもせず、ただ、ごく単純な経験的事実に心を向けることによって、いわばほとんど労することなしに最も重要なことを見通しているのである」と評している。
title: 反応速度論
text: なお、質量作用の法則における化学平衡式は常に成立するものの、導出に用いた反応速度式自体は複合反応の場合や高い濃度においては乖離を示した。それは複合反応は多段階で進行するのでグルベルグとボーゲの仮定が成立せず、単純反応の場合であっても反応速度式の濃度項は実際には熱力学的影響を考慮した活動度(活量)で補正する必要がある為である。一方、化学平衡式は熱力学の化学ポテンシャルから導出された式も質量作用の法則に基づいた式も同一の式となるので常に成立する。これは後にファント・ホッフにより熱力学の観点から厳密に証明された。
title: 化学の歴史
text: 論争が決着するまで長い時間を要したが、この間すでに多くのものが原子論の概念を化学に応用していた。20世紀になるまで十分発達していなかった原子の構造に関する予測となるスヴァンテ・アレニウスのイオン説などはこの好例である。マイケル・ファラデーもこの分野の先駆者で、彼の化学における貢献は電気化学の分野だったが、そのなかで金属の電気分解または電着 (electrodeposition) の過程における電気量は元素の量および、特定の比をもつ元素同士の固定量と密接に関係していることを明らかにした。これらの発見はドルトンによる結合比の発見同様、物質の原子論的性質に関する最初の手がかりとなった。
title: ダニエル・ベルヌーイ
text: 1738年に出版された最も重要な著書は、Hydrodynamica (『流体力学』)である。すべての結果が一つの原則(この場合はエネルギー保存の法則)に結びついていくところなどは、ラグランジュの Mechanique Analytique (『解析力学』)に似ている。「空気や水の流れがはやくなると、そのはやくなった部分は圧力が低くなる。はやく流れるほど圧力は下がる。」というベルヌーイの定理は、流線や渦線に沿ってベルヌーイ関数が保存されるという形に友人のオイラーが洗練して今日の流体力学の基礎を築いた。
title: ゲイ＝リュサックの法則
text: ゲイ=リュサックの法則(英語: Gay-Lussac's law)は、気体の性質に関する法則である。フランスの化学者ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックに因んで命名された。それぞれ関連する2つの法則があるが、通常は後述の前者の方を指す。第1の法則は反応の前後の気体の体積について述べる。第2の法則は、気体の温度と体積の関係について述べ、アモントンの法則としても知られる。
title: スヴァンテ・アレニウス
text: 1889年、多くの化学反応で熱を加える必要があるという事実から、2つの分子が化学反応する際に乗り越えなければならないエネルギー障壁があると考え、活性化エネルギーの概念を定式化した。アレニウスの式は活性化エネルギーと化学反応の速度の関係に定量的基礎を与えるものである。
title: ヴァルター・ネルンスト
text: 赴任して間もなくのころ、物理化学の講義をしているときに、熱化学に関する着想がひらめいた。これはのちに熱力学第三法則とよばれ、熱力学の基本法則の1つとなるものであった。ネルンストは自らが考えた仮定を確かめるため、1914年までこの実験を続けた。
title: 北九州工業地帯
text: 化学反応の反応熱の総量は、その反応の初めの状態と終わりの状態で決まり、途中の経路には関係しないというヘスの法則を1840年に発表した。時期的にはマイヤーがエネルギー保存則の論文を書く2年ほど前である。
title: アボガドロの法則
text: フリードリヒ・ケクレを初めとする化学者たちは、分子式や原子量についての見解を統一し混乱状態を解消するため、1860年にカールスルーエ国際会議を開催した。 カニッツァーロは自身の論文をパンフレットとして参加者に配布した。 会議の場では統一見解は得られなかったものの、多くの化学者にアボガドロの仮説の重要性が認識され、原子量や分子式の混乱は徐々に解消に向かった。 こうして正しい原子量が用いられるようになったことが、周期律の発見につながった。
title: エネルギー保存の法則
text: マイヤーやジュールが熱の仕事当量に関する考察をした頃は、1798年のベンジャミン・トンプソン(ランフォード伯)による指摘などがあったものの、アントワーヌ・ラヴォアジエとピエール=シモン・ラプラスに始まるカロリック説が有力であり、熱は物質であると見なされ、熱は単独で保存されると考えられていた。そのため、熱が仕事に変わり得ることの発見とその事実の定量的評価をすることは、熱力学第一法則を構成する上で重要な仕事だった。
title: アントワーヌ・ラヴォアジエ
text: アントワーヌ=ローラン・ド・ラヴォアジエ(ラボアジェ、ラヴワジエなどとも、フランス語:Antoine-Laurent de Lavoisier, [ɑ̃twan lɔʁɑ̃ də lavwazje]、1743年8月26日 - 1794年5月8日)は、フランス王国パリ出身の化学者、貴族。質量保存の法則を発見、酸素の命名、フロギストン説を打破したことから「近代化学の父」と称される。
title: 溶液化学
text: 19世紀前半のクラペイロンらによる単一成分系の気液平衡に続いて、19世紀後半にはラウールやギブズらによって複数成分系の気液平衡が研究され、沸点上昇や凝固点降下についての理解が深められた。これらの結果はラウールの法則やギブズ-デュエムの式、ギブスの相律として定式化され、理想溶液などの概念が導入された。ほぼ同時期にファント・ホッフは溶液の浸透圧について研究を進め、これはファントホッフの式として定式化された。
title: 熱力学第三法則
text: なお、熱力学第三法則は熱力学第一法則と熱力学第二法則から導くことができるので物理学の基本法則ではない、とする考えもある。しかし、第一法則と第二法則から導かれることは、反応の進行方向を規定するものは自由エネルギーである、という定性的な予測でしかなく、これを定量的に厳密に決定することは、ネルンストの熱定理によって初めて可能になる。その点で、熱力学は第一法則と第二法則だけでは成立せず、第三法則を加えることによって初めて完成することになる。
title: 核の説
text: 核の説は最初に1836年にオーギュスト・ローランによってその一部が示され、翌年博士論文の中で全体が発表された。 当時はイェンス・ベルセリウスの電気化学的二元論とそれによって立つユストゥス・フォン・リービッヒの根の説が有機化合物の構造論としては主流であった。 またローランの師であったアンドレ・デュマは自身のエテリン説をエタノール誘導体以外にも拡張しようとしていたが、うまくいかなかった。
title: ニコラ・レオナール・サディ・カルノー
text: トムソンによりカルノーの論文が注目され始めた1840年代後半、熱研究の分野では、旧来のカロリック説から脱却し、熱は運動の一形態だとする理論が組み立てられつつあった。その中心人物の一人であるジュールによる、熱の仕事当量の測定は、熱と仕事は同質のものであるという結論を導き出した。しかし、これはカルノーの「熱は高温と低温がなければ仕事としてははたらかない」という理論とは矛盾があった。カルノー自身も『覚書』で、熱が運動だという考えでは、「熱によって動力を発生させるときに冷たい物体が必要なのはなぜか、また、熱くなった物体の熱を消費しながら運動を生じさせることができないのはなぜか、を説明することは困難であろう。」と述べている。この問題を解決するために、ウィリアム・トムソンやルドルフ・クラウジウスによって生み出されたのが熱力学第二法則である。
title: 化学の歴史
text: ボイルはボイルの法則で特記される。彼はまた記念碑的出版物『懐疑的化学者』(The Sceptical Chymist)でも特記され、ここで彼は物質の原子説を発展させようとしたものの成功には至らなかった。これらの前進にもかかわらず、『近代化学の父』と賞賛されるのは1789年に質量保存の法則(またはラボアジエの法則)を発見したアントワーヌ・ラヴォアジエである。これにより化学は定量的性質をもち信頼できる予測が立てられるようになった。
title: カロリック説
text: 当時、光については、この波動説と、ニュートン、ラヴォアジエからの流れをくみ、ラプラスらによっても支持された粒子説が対立していたが、1820年代には波動説が優勢となり、1830年ごろにはその優位は決定的なものになっていた。そしてそれに伴って、熱波動説も支持されるようになってきた。ゲイ=リュサックも1820年の講義で、熱の原因はカロリック説と波動説があることに触れたが、波動説はまだすべての熱的現象を説明できていないため、自身としては旧来のカロリック説を維持すると述べた。一方でカルノーは、『火の動力』執筆後まもなくに書かれたノートでカロリック説を否定し、熱の運動説へと傾いていた。またジョゼフ・フーリエは、1822年に著書『熱の解析的理論』にて熱伝導の方程式などを導いたが、そこでは熱の本質を断定せず、どちらの説でも成り立つように理論を構成した。
title: 電気分解
text: デービーの研究を引き継いだマイケル・ファラデーはさらに電気分解の研究を進め、ファラデーの電気分解の法則をはじめ様々な発見をし、電気化学の基礎を築いた。
title: 薬力学
text: 薬物と受容体との結合は質量作用の法則に支配されている。質量作用の法則は化学反応の法則であり、特定の化学反応の平衡状態は反応に関与する各成分の活量により導かれる。生理学では活量はほぼモル濃度で近似されるため、結合と解離の割合を示す平衡定数(Kd)は次のように定義される。
title: ボーア効果
text: ボーア効果(ボーアこうか、英:Bohr effect)とは、血液内の二酸化炭素量の変化による赤血球内のpHの変化によりヘモグロビンの酸素解離曲線が移動すること。生理学者クリスティアン・ボーア(ニールス・ボーアの父)により発見された。ヘモグロビンの酸素解離曲線がpHの低下や温度上昇などの変化によって右方変移することで末梢で酸素を解離しやすくなり、pHの上昇や温度低下などで左方変移することで結合しやすくなる効果である。
title: アントワーヌ・ラヴォアジエ
text: 1774年1月に上記の「ペリカンの実験」より化学反応の前後では質量が変化しないことを見出し、質量は変化しないとする法則(「質量保存の法則」)を発見。
title: リービッヒの最小律
text: リービッヒの最小律(リービッヒのさいしょうりつ)は、植物の生長速度や収量は、必要とされる栄養素のうち、与えられた量のもっとも少ないものにのみ影響されるとする説。ドイツの化学者・ユーストゥス・フォン・リービッヒが提唱した。
title: カロリック説
text: こうして基礎が形作られたカロリック説はその後、ゲイ=リュサックやジョン・ドルトンによる気体の熱的研究によって進められてゆくのだが、はじめは熱容量などの扱いをめぐって2派に分かれていた。
title: 熱力学
text: 19世紀後半になると、ヘルムホルツによって自由エネルギーが、またギブズによって化学ポテンシャルが導入され、化学平衡などを含む広い範囲の現象を熱力学で論じることが可能になった。
title: 化学量論
text: 例えば、気相を無視した観測からは炭素は燃焼(酸化)すると消えて無くなってしまい、化学反応において物質は消滅したりする(或いは逆に無から発生したりする)という誤った結論が導かれてしまう。アントワーヌ・ラヴォアジエの質量保存の法則では測定量として質量を採用し、反応の前後で反応系に出入りする物質が無いように反応系を設定すると、この測定量は保存すると言い表しており、化学反応論の根幹を成す定義である。
title: 化学親和力
text: 親和力の考え方はかなり古くからある。多くの人々がその根源を特定することを試みてきた。科学に先行して存在した全ての魔術の基礎には「親和力」があり、それをさらに解明しようとする試みはほとんど失敗してきた。しかし、「親和力の理論」を定式化して研究する科学の一分野として物理化学が生まれた。「親和性 (affinitas)」という用語を化学的関係という意味で最初に使ったのはドイツ人哲学者アルベルトゥス・マグヌスで、1250年ごろのことである。その後、燃焼という化学反応での熱の生じ方を説明しようとして、ロバート・ボイル、ジョン・メーヨー、ヨハン・ルドルフ・グラウバー、アイザック・ニュートン、ゲオルク・シュタールといった人々が選択的親和性の考え方を提唱した。
title: 楠葉台場
text: ジョゼフ・プルースト(Joseph Louis Proust, 1754年9月26日 - 1826年7月5日)は、フランスの化学者である。定比例の法則を唱え、ベルトレーとの論争を通じて化合物が、元素の整数比の組合わせでできているという概念を広めたことで知られる。
title: 反応熱
text: ヘスの法則が示すように、化学反応で発生する反応熱は熱力学第一法則に従うので、化学反応を構成する各段階が発熱過程であれ吸熱過程であれ、最終的な化学反応の熱収支は各段階の熱収支を代数的に積算することで求められる。また、熱力学第一法則は過程の経路の違いに関係することなく出発状態と最終状態のみで熱収支が決定されることを保障する。このことは、実際の反応経路とは異なる化学反応の反応熱を代数的に組み合わせても、反応の反応物(出発状態)と生成物(最終状態)が物質量的に合致していればそれらの反応熱の代数和は、目的の反応の反応熱と一致することを意味する。
title: 反応速度論
text: 実際には、グルベルグとボーゲが仮定したように化学量論係数(p ,q , ...)と速度式のべき係数とは必ずしも一致しないが、巨視的現象としては一般に反応速度は物質量(またはモル濃度)のべき関数で表現される。
title: アントワーヌ・ラヴォアジエ
text: 1774年に体積と重量を精密にはかる定量実験を行い、化学反応の前後では質量が変化しないという質量保存の法則を発見。また、ドイツの化学者、医師のゲオルク・シュタールが提唱し当時支配的であった、「燃焼は一種の分解現象でありフロギストンが飛び出すことで熱や炎が発生するとする説(フロギストン説)」を退け、1774年に燃焼を「酸素との結合」として説明した最初の人物で、1779年に酸素を「オキシジェーヌ(oxygène)」と命名した。ただし、これは酸と酸素とを混同したための命名であった。
title: ニコラ・レオナール・サディ・カルノー
text: また、カルノーの定理に代表される、熱と仕事の関係性の研究は、後の熱力学の発展に大きく寄与している。
title: ジョセフ・ルイ・ゲイ＝リュサック
text: ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサック(ゲーリュサックなどとも、Joseph Louis Gay-Lussac [ʒɔzɛf lwi ɡɛlysak]、1778年12月6日 - 1850年5月9日)は、フランスの化学者 、物理学者である。気体の体積と温度の関係を示すシャルルの法則の発見者の一人である。アルコールと水の混合についても研究し、アルコール度数のことを「ゲイ=リュサック度数」と呼ぶ国も多い。弟子に有機化学の確立に貢献したユストゥス・フォン・リービッヒがいる。
title: 質量保存の法則
text: 質量保存の法則(しつりょうほぞんのほうそく、英: law of conservation of mass)とは「化学反応の前と後で物質の総質量は変化しない」とする化学の法則である。現在は自然の基本法則ではないことが知られているが、実用上広く用いられている。質量保存則ともいう。
title: 核の説
text: 核の説(かくのせつ)はオーギュスト・ローランが唱えた有機化合物の構造に関する理論である。 当時広く支持されていた電気化学的二元論では説明が困難であった置換反応を説明するために導入された。 電気化学的二元論に対抗する立場の一元論の中では、理論的形式にまとめられた最初のものであった。 核の説は他の化学者からほとんど支持されることなく放棄された。 しかし一元論の考え方は型の説に受け継がれることになる。
title: 型の説
text: 型の説(かたのせつ、Type theory)は、アンドレ・デュマらによって、電気化学的二元論に対抗して唱えられた有機化合物の分類と構造に関する理論である。最終的にはアウグスト・ケクレによって原子価の理論へと発展することになった。
title: 物理学に関する記事の一覧
text: ねじれ - ネーターの定理 - 熱(熱エネルギー) - 熱学 - 熱機関 - 熱機関の理論サイクル - 熱雑音 - 熱振動 - 熱中性子 - 熱的死 - 熱電子 - 熱伝導(熱伝導の法則) - 熱伝導率 - 熱電能 - 熱放射 - 熱容量 - 熱力学 - 熱力学温度 - エネルギー保存の法則(熱力学第一法則) - 熱力学第二法則 - 熱力学第三法則(ネルンストの定理) - 熱力学的平衡(熱平衡) - 熱力学・統計力学の年表 - ネルンスト効果
title: ヘスの法則
text: 現代の化学では、化学反応の生成熱(より厳密にはエンタルピー変化)は反応経路にかかわらず一定と言い表すことができる。もともとエンタルピーは状態量であるから、熱力学第一法則からヘスの法則は容易に誘導されるともいえる。(エンタルピーは後世の概念である事に留意。)
title: 反応熱
text: もあるが、反応物とエネルギーを等号で結ぶため推奨されない。熱化学方程式(ヘスの法則)を使用すれば反応熱が既知の化学反応を代数的に組み合わせることで反応熱が未知の反応についても、反応熱の値を求めることができる。熱化学方程式の場合、反応物あるいは生成物の相が気相 (g), 液相 (l), 固相 (s) のいずれであるかによって反応熱の値の中で転移熱に相当する分が変わってくる。したがって、熱化学方程式では符号 (g), (l), (s) を使用して反応物や生成物の状態を明示する必要がある。ただし全反応が溶液中で進行することが明らかな場合は符号が省略される場合もある。
title: アントワーヌ・ラヴォアジエ
text: 1789年、ラヴォアジエは『化学原論(英語版)(邦訳名:化学のはじめ)』を出版し、そこで現在の元素に相当する、33の単一物質のリスト を示した。これにより、化学の革命を成し遂げた、ともいえる。(ただし、そのリストにはカロリック(熱素)も含まれている)。 13個の図版はマリー=アンヌが手がけ、第一部には気体の生成分解、第二部は塩基や酸、塩に関する記述、第三部には化学の実験器具とその操作について書かれ、質量保存の法則についての明確な記述が書かれてある。因みに『化学原論』は出版からその後の10年間、ヨーロッパ全土で標準的な教科書とされた。なお同年、ラヴォアジエは新たに窒素をギリシア語で「生命がない」と言う意の表現「アゾティコス」(azotikos)に因んで「アゾート」(azote)と名付けた。
title: アボガドロの法則
text: このような成果はあったものの、多くの科学者が原子や分子の実在に懐疑的な立場をとるようになる。 これには熱力学の確立が大きく影響している。 1842年にはユリウス・ロベルト・フォン・マイヤーがエネルギー保存則を提唱した。 1843年にはジェームズ・プレスコット・ジュールの実験により熱がエネルギーの一種であることが確実となり、熱素説が完全に否定された。 また1850年にはクラウジウスが熱力学第二法則を提案した。 この熱力学第二法則が問題であった。 気体分子運動論はニュートン力学を基礎にしている。 ニュートン力学による運動は可逆であるため、気体分子運動論は熱力学の第二法則を説明できないことになってしまった。 また分子説には気体の性質以外の分野では、ほとんど何も有用な知見を導けていないという限界があった。 一方で熱力学は気体の性質以外に溶液や化学反応にも適用でき、多くの有用な知見を導いていた。
title: 化学の歴史
text: 化学研究の文献で古代バビロニア、エジプト、その他イスラム化後のアラブ人やペルシア人の成果を引用できるにもかかわらず、近代化学が花を咲かせたのは質量保存の法則の発見と燃焼におけるフロギストン説(1783年)に対する反論により『近代化学の父』とみなされたアントワーヌ・ラヴォアジエ以来である。(フロギストンは燃焼時に可燃物から放出される不可量物であると想定された。)ミハイル・ロモノーソフは18世紀ロシアで化学の伝統を独自に確立した。ロモノーソフもフロギストン説に異を唱え、ガスの分子運動論で先駆けとなった。彼は熱を運動の形態とみなし、物質保存の考え方を提唱した。
title: ルドルフ・クラウジウス
text: また、電解質の解離の概念を提出(1857年)。電流によって水溶液中の物質の解離が引き起こされるとした。この概念をもとに、スヴァンテ・アレニウスは電気分解論を確立した。
title: 質量保存の法則
text: アメリカやヨーロッパの初等教育では「化学反応の前後で質量の総和は変わらない」というようなlaw of conservation of mass(質量保存の法則)の指導はあまりされておらず、化学反応で保存されるのは物質量であることを強く押し出すためprinciple of mass/matter conservationと表記される。
title: ルシャトリエの原理
text: ルシャトリエの原理(ルシャトリエのげんり、英: Le Chatelier's principle)もしくはルシャトリエの法則(ルシャトリエのほうそく、Le Chatelier's law)とは、化学平衡状態にある反応系において、その状態に対して何らかの変動を起こさせたときに、平衡が移動する方向を示す原理のことであり、1884年にアンリ・ルシャトリエによって発表された。1887年にカール・ブラウンによっても独立して発表されたため、ルシャトリエ=ブラウンの原理 (Le Chatelier – Braun principle) とも呼ばれる。
title: 楠葉台場
text: プルーストの業績は1794年にブドウ糖など糖類の研究で業績をあげた。この頃からベルトレーと、化合物中の成分元素の量の比が一定かどうかの論争と金属の酸化物に関する実験を行い1799年に定比例の法則が確立されたとされる。
title: ギルバート・ルイス
text: ウィラード・ギブズにより、化学反応が平衡にまで進むかどうかは関与する物質の自由エネルギーによることがわかっていた。ルイスは25年の歳月を費やして様々な物質の自由エネルギーを特定していった。1923年、Merle Randall と共にその成果を発表。これが現代の化学熱力学の確立に大きな役割を果たした。
title: 音速
text: 1762年、ジョゼフ=ルイ・ラグランジュは音速理論の問題を解決させる1つの方法を提案した。それは、ニュートンが『プリンキピア』で採用した、弾性力が密度に正比例するという仮定を取り去ることである。こうすることにより、音速の理論値は変わる。そしてラグランジュは、弾性力は密度のべき乗に比例すると直感して計算し、その結果、弾性力が密度の3分の4乗に比例する場合、音速の理論値は実験値と比例することを示した。しかしこの計算は物理的な根拠に乏しいため、ラグランジュはこの仮説を「はかない憶測」だとして捨ててしまった。
title: 根の説
text: 一方、デュマとその弟子たちによって不変とされていた根が化学変化を起こす例が多数発見された。1834年、デュマがエタノールを塩素と反応させたところ、クロラールが生成した。これは不変と考えられていたエチル根に塩素がとりこまれ変化したことを示していた。しかし、これは大きな反響は呼ばず根の説はしばらくはそのまま存続することになる。それどころか、デュマ自身がこの実験結果の重要性には気づいていなかった。1837年にデュマはリービッヒと共同で有機化学も無機化学と同じように根によって説明できることを宣言する論文を発表している。
title: コーエーテクモホールディングス
text: ジャン=バティスト・デュマやシャルル・ジェラールの下で学んだ後、ローランは、有機化学反応においてどのように分子が結合するかを明らかにするために、分子中の原子の構造グループに基づいた有機化学における系統的命名法を考案した。さらに、電気化学的二元論では説明が困難であった置換反応を説明するために核の説を提唱したが、エテリン説を唱えるデュマの反発を買った結果、事実上フランスの化学界から排斥された上、結核に罹って夭折した。ローランの死後、核の説はレオポルト・グメリンやフリードリヒ・バイルシュタインらによって紹介され、広く支持を得るようになった結果、皮肉にもデュマ自身が採用せざるを得ない事態となった。
title: 化学量論
text: ある一つの反応物に注目して、その反応物が関与する類似の他の反応で当量関係の間に簡単な整数比が成立するという規則性があり、それがドルトンの倍数比例の法則である(この法則の意味については後述する)。化学反応はドルトンが提言した様に原子(分子)の組み換えであり、それは(化学)反応式で表される。
title: ギブズ-ヘルムホルツの式
text: 化学反応における温度依存性を考える上で重要な式である。この式を使うと、化学電池の起電力が温度によってどの程度変わるかを、反応熱から推定できる。また、この式から導かれるファントホッフの式を使うと、化学平衡に達したときの反応物と生成物の存在比が温度によってどの程度変わるかを、反応熱から推定できる。反応熱が不明あるいは不確かなときは逆に、これらの熱力学関係式を使って反応熱を決定できる。すなわち熱量計による直接測定が困難な反応熱は、起電力や平衡定数の温度依存性を測定することにより、間接的に測定できる。
title: エティエンヌ・ボノ・ドゥ・コンディヤック
text: また、彼の記号と分析に関する発想を範としてアントワーヌ・ラヴォアジエは化学記号の整理を行った(化学革命)。つまり、これまで統一感がない呼ばれ方をしていた元素をH、Oなどのように記号化し、それらを組み合わせることによって化合物を構成し、式に著す。そして、あたかも数式を操作するかのように(コンディヤックは計算を思考のモデルとしていた)その式や記号を操作する。この方法ならば、実際に実験をせずとも記号操作のみによって実験結果を知ることができる。
title: 膜電位
text: 平衡電位を求めるためには、ドイツの化学者、ヴァルター・ネルンストによって導かれたネルンストの式を利用する。
title: 酸素
text: 17世紀から18世紀にかけて、酸素はロバート・フック、オーレ・ボッシュ(英語版)、ミハイル・ロモノーソフ、ピエール・バイエンらが実験で作り出していたが、いずれもがそれを元素とは認識しなかった。そこには、フロギストン説と呼ばれる燃焼と腐食に関する広く知られた学説が影響を及ぼしていた。
title: アボガドロの法則
text: アボガドロの法則(アボガドロのほうそく、英語:Avogadro's law)とは、同一圧力、同一温度、同一体積のすべての種類の気体には同じ数の分子が含まれるという法則である。 1811年にアメデオ・アボガドロがゲイ=リュサックの気体反応の法則とジョン・ドルトンの原子説の矛盾を説明するために仮説として提案した。 少し遅れて1813年にアンドレ=マリ・アンペールも独立に同様の仮説を提案したことから、アボガドロ-アンペールの法則ともいう。 また特に分子という概念を提案した点に着目して分子説(ぶんしせつ)とも呼ぶ。 元素、原子、分子の3つの概念を区別し、またそれらに対応する化学当量、原子量、分子量の違いを区別する上で鍵となる仮説である。
title: 元素
text: ラヴォアジエの「質量保存の法則」やジョゼフ・プルーストが1799年に発表した「定比例の法則」を元に、ジョン・ドルトンは1801-1808年に執筆した一連の論文で「原子説」を唱えた。これは、物質の根元は原子(atom)であり、これは元素の種類に対応するだけの数がある、同じ原子は質量や大きさが同一で異なる原子はそれらが一致しないと述べ、原子量の概念を提示した。さらに物質は同じ原子の集まりである単体と異なる原子の集まりである化合物があるとし、窒素と酸素からなる5つの化合物を示してこれを証明した。この理論は、内包した矛盾点をジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックの「気体反応の法則」やアメデオ・アヴォガドロの「アボガドロの法則」などが修正し、広く受け入れられるようになった。
title: 不均一な物質系の平衡に就いて
text: ギブズの『平衡』は、化学的、物理学的、電気的、電磁気的現象を一貫した体系へと統合することによって化学熱力学の端緒を開いた。この論文では、化学ポテンシャルや相律などといった概念が導入され、これらは現代物理化学の基礎を形成している。アメリカの作家ビル・ブライソンはギブズの『平衡』論文を「熱力学のプリンキピア』と形容している。
title: フロギストン説
text: しかし、19世紀以降になるとフロギストン説に対する評価は一変した。たとえば19世紀の化学者で化学史家でもあったコップ(en:Hermann Franz Moritz Kopp)は、当時の化学者は天秤を使った定量的な計測を拒んで定性的な研究に終始したと主張し、化学史的な面で当時のフロギストン説支持者を批判した。この見解は他の化学史家にも広がり、現代においても影響を与え続けている。また、フロギストン説は科学として未発達なものだととらえる意見も多くなった。その例としては、オーギュスト・コントの実証主義(知識とは神学的段階・形而上学的段階・実証的段階の順に発展を遂げるという考え)を化学史にあてはめ、フロギストン説はその中の形而上学的段階にあたるという見解が挙げられる。
title: 反応速度式
text: 化学反応の反応速度式(はんのうそくどしき、英語: rate equation)あるいは速度式(rate law)とは、反応速度と反応物の濃度または圧力および定数パラメーター(主に反応速度定数と反応次数 )の関係式である。多くの反応では、反応速度rは次のような指数関数で与えられる。
title: 化学の歴史
text: 20世紀半ばまでに原理上物理と化学の統合は進み、化学的特性は原子の電子構造の産物として説明されるようになった。ライナス・ポーリングの著作 The Nature of the Chemical Bond (『化学結合の性質』)では、量子力学の原理を一層複雑な分子における結合角の推算に使用している。しかし、量子力学から援用した原理は、生物学的意味のある分子の定性的化学特性を予測することができても、20世紀末まで厳密なコンピュータ計算による定量的方法ではなく、規則性・観察・処方箋の集積と化している。
title: ガルヴァーニ電気
text: ガルヴァーニ電気(ガルヴァーニでんき)またはガルヴァニズム(Galvanism)とは、18世紀後半の物理学者・化学者であるアレッサンドロ・ボルタによって命名された化学的作用による電流の発生を指す用語。その名は、生物内で電気が発生し、またその作用によって生体の筋肉組織が収縮・痙攣することを発見した同時代の化学者ルイージ・ガルヴァーニに由来し、特にこの現象を指してガルヴァニズムと呼ばれる(今日の電気生理学の嚆矢)。ボルタは、ガルヴァーニの発見に対して電流発生の仕組みを非有機体によって再現し(ボルタ電池)、理論化したが、ガルヴァーニは自分の発見を有機体に生命を与えるもの(「動物電気 (animal electricity)」)の発見だと考えていた。
title: 二原子分子
text: 1805年、ゲイ=リュサックとフォン・フンボルトによって水が2個の水素と1個の酸素で形成されていることが発見され、1811年にはアメデオ・アヴォガドロによってアボガドロの法則と二原子分子の仮定をベースにして水の構造が説明された。しかし、これらの結果は1860年までほとんど受け入れられなかった。その理由は、同じ原子同士には化学親和力は全く無いと信じられ、かつ気体の解離反応におけるアボガドロの法則の例外があったためである。
title: ジョゼフ・フーリエ
text: 電流を論文中における熱の流れと同じように扱ってオームがオームの法則を導き、方程式を解くために導入されたフーリエ級数は解析学に一分野を築くことになるなど、この論文は学界に大きな影響を与えた。
title: 化学反応式
text: 熱化学方程式(ねつかがくほうていしき、英語: thermochemical equation)とは、化学反応におけるエネルギー収支を化学方程式で表記したものである。エネルギー収支は右辺に式量当りの発生熱量を示す。したがって、発熱反応の場合は正の値、吸熱反応の場合は負の値で示される。
title: ジョン・ドルトン
text: つまりドルトンは、ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックが1802年に発表したゲイ=リュサックの法則またはシャルルの法則に到達していた。その後2、3年間、ドルトンは同様のテーマの論文を発表し、1803年の水や他の液体による気体の吸収についての論文でドルトンの法則と呼ばれるようになる分圧の法則を提示した。
title: ヴァルター・ネルンスト
text: ある化学反応がどちらの向きに進むかは、化学反応における物質の結びつきやすさ、すなわち化学親和力によって決まると考えられていた。そして、その化学親和力Aは発熱量Qと、
title: アボガドロの法則
text: ジャン・バティスト・アンドレ・デュマは常温で気体でない物質の蒸気密度を測定する方法を開発した。 しかし、いくつかの物質では高温で解離反応が起こってしまい、アボガドロの仮説を否定するような結果も得られてしまった。 この問題が解決されるのはずっと後の1865年にアドルフ・ヴュルツにより気体の解離反応が発見されてからのことである。
title: 化学親和力
text: 1718年、フランスの化学者エティエンヌ・F・ジョフロアは置換反応に基づく世界初の「親和性の表」を発表した。この親和性の表はジョフロア最大の業績とされており、1718年と1720年にアカデミー・フランセーズで発表したのが最初である。それは次のような表だった。
title: ファラデーの電気分解の法則
text: これは、1グラム当りの等量の物質を析出させるのに必要な電気量は、物質の種類によらず一定であることを示している。この一定の値 F は、ファラデー定数と呼ばれる。電気分解の法則の発見は、原子説からの推論により、電気の基本粒子(電子)の存在を強く示唆することとなった。