クイズ問題: 「化学変化の前後で質量の総和は変わらない」という「質量保存の法則」を発見した、フランスの科学者は誰でしょう?
答え: ラボアジェ

関連するWikipedia記事の抜粋:
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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: アントワーヌ・ラヴォアジエ
text: 1787年、ラヴォアジエは同国出身の化学者で医師のクロード・ルイ・ベルトレーやルイ=ベルナール・ギトン・ド・モルボー、アントワーヌ・ド・フルクロワ(フランス語版)らとともに、新しい化学用語が書かれた『化学命名法』を著した。これは元素に新たな定義を与え、物質の命名法を定め、また、水の成分が酸素と水素である、と記したものであった。ただし、これについては実はラヴォアジエに先立ってキャヴェンディッシュが既に発見していて、最初の発見者は彼なのだが、かなりの変わり者で人間嫌いだったキャヴェンディッシュはラヴォアジエの発表に何の関心も優先権も主張しなかったため、ラヴォアジエに優先権が発生することとなった。
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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: シャルル・ジェラール
text: シャルル・フレデリック・ジェラール(Charles Frédéric Gerhardt, 1816年8月21日 – 1856年8月19日)はフランスの化学者。アンドレ・デュマの提唱した型の説をまとめなおしアウグスト・ケクレの原子価説への橋渡しを行なった。またアレキサンダー・ウィリアムソンが予想したカルボン酸無水物を実際に合成した。オーギュスト・ローランと親交を結び、大きな影響を受けた。またローランとともに当時の権威であった年長の化学者たちに対して批判的な立場をとり、若くして亡くなった不遇の化学者としてしばしば並列して扱われている。
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: 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: 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: ゲイ＝リュサックの法則
text: ゲイ=リュサックの法則、シャルルの法則、ボイルの法則は、ボイル=シャルルの法則としてまとめられる。気体に関するこれらの3つの法則は、さらにアボガドロの法則と併せ、理想気体の状態方程式として一般化される。
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: 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: ジャック・シャルル
text: シャルルの法則は気体を熱したときの膨張の仕方を示したもので、ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックが1802年に定式化したが、ゲイ=リュサックは公表されていないジャック・シャルルの業績を参照してシャルルの法則と名付けた。
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: ジャック・シャルル
text: シャルルの法則は、気体を熱したときの膨張の程度を説明したもので、1802年にジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックが発表したが、彼はジャック・シャルルの未公表の成果を参照して法則名にシャルルの名を冠した。
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: 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: 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: 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: 気体
text: 1802年、ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックはより広範囲の実験を行って同様の結果を得、気体の体積と温度に正比例の関係があることを発表した。ゲイ=リュサックはシャルルの業績を引用し、その法則にシャルルの名を付けた。なお、その前年にジョン・ドルトンが分圧に関するドルトンの法則を発表している。
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: 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: 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: アボガドロの法則
text: 1858年にスタニズラオ・カニッツァーロはデュロン・プティの法則を利用して無機化合物の組成式が決定できることを示した。 そしてアルカリ土類金属の酸化物の組成式がジェラールの提唱した M2O ではなく MO であることを示し、正しい原子量を提案した。 またアボガドロの仮説に基づく分子量決定法も合わせて示した。 そして、これらの方法を組み合わせることで、すべての元素の原子量を一つの値に決定できることを示したのである。
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: 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: 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: ウィリアム・トムソン
text: 1845年、ケンブリッジ大学を卒業したトムソンは、パリのルニョーのもとで実験技術を磨き、同時にクラペイロンの論文を通じてカルノーの研究を知った。トムソンはルニョーの実験結果とカルノーの研究結果を発展させ、1848年に、「温度が物体中のエネルギー総量を表す」という絶対温度の概念を導いた。この単位は後に彼にちなんでケルビン(K)と呼ばれるようになった。また熱素説が残っていた当時、ジュールが発表していた「熱はエネルギーの一形態である」という論文を高く評価し、1851年に「熱を全て仕事にすることはできない(トムソンの原理)」ならカルノーの理論とジュールの法則が矛盾しないということを示した。これは現在熱力学の第二法則と呼ばれている。
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: ボイル＝シャルルの法則
text: ボイル=シャルルの法則(ボイルシャルルのほうそく、英: combined gas law)は、理想気体の体積と圧力、温度に関係する法則。シャルルの法則、ボイルの法則、ゲイ=リュサックの法則を組み合わせたものである。この法則の公式的な発見者はおらず、すでに発見されていた法則を融合させたものである。これらの法則は、気体の圧力、体積、絶対温度のうち任意の2変数が、その他の変数を定数として置いた場合、互いに比例あるいは反比例することを示している。ボイル=シャールの法則ともいう。
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: 原子論
text: 16世紀以降、化学が進歩し、ラボアジェ、ドルトンなどにより物質の構成要素として元素概念が提唱された。かれらの論が近代原子論の源流とされている。
title: 分析化学
text: 18世紀にアントワーヌ・ラヴォアジエやジョゼフ・プリーストリーらの研究によって、徐々に化学物質の本質的な構成要素である元素が発見された。
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: 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: 化学
text: しかしながら、学問としての化学の成立は遅い。数学、物理学、天文学などが2000年前の古代ギリシアで構築され始めたのに対し、科学の一分野として扱うことができる近代的化学のほうは、18世紀末にフランスのアントワーヌ・ラヴォアジエ(1743年 - 1794年)の質量保存の法則(1774年発見)やジョン・ドルトン(1766年 - 1844年)の原子説が正しい方向付けをした事に始まってから、未だ200年程度しか経過していない(#歴史、化学の歴史も参照)。これは近代物理学の最初の到達点であるニュートン力学がプリンキピアに書かれた年(1687年)と比べ、化学の興隆が100年程度時代が下る事を意味する。
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: 科学的証拠
text: 理性的な観察者たちがそれぞれ違った背景の信念を持つ場合、同じ科学的証拠から違った結論を導く可能性がある。たとえば、フロギストン説に立っていたジョゼフ・プリーストリーは、酸化水銀(II)の分解に関する彼の観察を燃素を用いて説明した。対照的に、元素の理論を構築していたアントワーヌ・ラヴォアジエは、同じ観察を酸素に言及することで説明した。観察を証拠として導くような観察と仮説の間の因果関係は存在せず、因果関係はむしろ、観察を証拠として確立しようとする人間により提供されることに留意すべきである。
title: 数学史
text: 17世紀に創始された微分積分学はオイラーをはじめとする18世紀の数学者たちによってさらに発展させられた。オイラーによって書かれた3冊の解析学の教科書やダランベールとオイラーの間で議論された波動方程式の考察によって、17世紀の幾何学的な変分についての微分積分学の体系はより抽象的な、1変数ないし多変数の関数によって与えられる解析的な対象の研究へと変貌していった。
title: ジョゼフ・フーリエ
text: 熱伝導に関する最初の論文は1807年にアカデミー・デ・シアンスに提出された。ラグランジュ、ラプラス、モンジュ、アンペールが論文の審査委員会の委員となった。ラプラスとラグランジュはフーリエ級数の正当性を疑問視し、ラプラス、ビオ、ポアソンは熱伝導方程式の説明が不十分であると指摘し、アカデミーは内容が不十分だとして掲載は見送った。その有望さから1812年の懸賞論文の題目を「熱の解析的理論」とした。これに応じ、フーリエは大幅に加筆訂正した第二論文を提出した。審査員のひとりであったラグランジュは、その数学的厳密性に難があると厳しく指摘した(実際、ラグランジュも似たことを考えていたが導出にまでは至らなかった)。しかしながら重要性が認められ、この論文はアカデミー大賞を受賞した。
title: ヘスの法則
text: ヘスの法則(へすのほうそく、英: Hess's law)は、スイス生まれのロシアの化学者ジェルマン・アンリ・ヘスが1840年に発表した熱化学の法則。総熱量不変の法則(the law of constant heat summation)ともいう。ヘスの法則は熱力学第一法則の化学的言い換えであるが、熱力学第一法則の提唱以前に発見されたことは特筆すべき点である。
title: エティエンヌ・F・ジョフロア
text: エティエンヌ・フランソワ・ジョフロア(Etienne Francois Geoffroy, 1672年2月13日 - 1731年1月6日)はパリで生まれた18世紀フランスの化学者・医師。元素の親和力の表を作った。
title: ボイル＝シャルルの法則
text: アボガドロの法則をボイル=シャルルの法則に導入することにより、理想気体の状態方程式を導くことが可能となり、さらには拡張されて「ボイル=シャルルの法則」そのものとされた。
title: 科学史
text: 18世紀後半から19世紀にかけて学問の分化が進む。ボルタやエルステッド、ファラデーらにより電気学が、カルノーやクラウジウス、ケルヴィン卿により熱力学が、リンネやウォルフらにより生物学の研究が本格的に始まる。ヴェーラーやリービッヒにより有機化学が始まり、染料や薬品の合成、栄養学が始まる。生物学ではラマルクやダーウィンが進化説を、シュライデンらが細胞説を提案する。
title: 電気
text: 1773年、ヘンリー・キャヴェンディッシュは荷電粒子間に働く力が電荷の積に比例し、距離の2乗に反比例することを実験で確認。1785年にシャルル・ド・クーロンがクーロンの法則として定式化した。
title: ユストゥス・フォン・リービッヒ
text: 応用化学においては、植物の生育に関する窒素・リン酸・カリウムの三要素説、リービッヒの最小律などを提唱し、これに基づいて化学肥料を作った。そのため、「農芸化学の父」とも称される。
title: 池田行彦
text: リヒターの業績は化学に定量的な手法を導入したことである。1772年に酸化マグネシウムを中和するのに必要な硫酸の量の比率が一定であることを示した。リヒターの結果はDer Stochiometrie oder Messkunst chemischer Elemente ('化学量または化学物質の測定技術’:1792-1794)、Fiber die neueren Gegenstnde in der Chemie (1792-1802)などに発表された。ジョゼフ・プルーストが定比例の法則をしめすのは1790年代の後半である。
title: 錬金術
text: 錬金術の試行の過程で、硫酸・硝酸・塩酸など、現在の化学薬品の発見が多くなされており、実験道具が発明された。17世紀後半になると錬金術師でもあった化学者のロバート・ボイルが四元素説を否定、アントワーヌ・ラヴォアジェが著書で33の元素や「質量保存の法則」を発表するに至った。これらの成果は現在の化学に引き継がれている。歴史学者フランシス・イェイツは16世紀の錬金術が17世紀の自然科学を生み出した、と指摘した。
title: ギブズ・デュエムの式
text: ギブズ-デュエムの式(英語: Gibbs–Duhem equation)とは、熱力学的な系において化学ポテンシャルの変化量に対して成り立つ関係式のことである。二人の物理学者、ウィラード・ギブズとピエール・デュエムに由来する。
title: 水
text: その後19世紀初頭、イギリスのドルトンが実験の結果、水素と酸素が重量比で1:7で化合するとし(後に正しくは1:8と判明)、1805年にはゲイ・リュサックやフンボルトなどがそれぞれ、体積比で2:1で化合することを見出した。さらに1811年に、アボガドロが分子説を唱え、その枠組みの中で水の分子が H 2 O {\\displaystyle {\\ce {H2O}}} と定められた。この19世紀の初頭に、西欧の学者たちの水の理解が変わったと科学史家らによって指摘されており、同世紀を通して一般の人々の理解も変化していったと考えてよい。
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: ゲイ＝リュサックの法則
text: 気体反応の法則は、1808年にゲイ=リュサックによって公表されたが、アボガドロの仮説は、スタニズラオ・カニッツァーロが1860年に第1回国際化学者会議で主張するまで化学者には受け入れられなかった。
title: ジョゼフ＝ルイ・ラグランジュ
text: ジョゼフ=ルイ・ラグランジュ(仏: Joseph-Louis Lagrange, 1736年1月25日 - 1813年4月10日)は、数学者、天文学者である。オイラーと並んで18世紀最大の数学者といわれている。サルデーニャ王国のトリノで生まれ、後にプロイセン、フランスで活動した。彼の初期の業績は、微分積分学の物理学、特に力学への応用である。その後さらに力学を一般化して、最小作用の原理に基づく、解析力学(ラグランジュ力学)をつくり出した。ラグランジュの『解析力学』はラプラスの『天体力学』と共に18世紀末の古典的著作となった。
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: 熱力学
text: 熱をエネルギーの一形態と捉えエネルギー保存の法則、つまり熱力学第一法則をはじめて提唱したのはロベルト・マイヤーである。彼の論文は1842年に発表されたが全く注目されなかった。しかしほぼ同時期にジュールが行った同様の研究はウィリアム・トムソン(ケルヴィン卿)の知るところとなり、彼らの共同研究から第一法則が明らかにされた。
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: 倍数比例の法則
text: 倍数比例の法則(ばいすうひれいのほうそく、英: law of multiple proportions 独: Gesetz der multiplen Proportionen)とは、同じ成分元素からなる化合物の間に成り立つ法則である。この法則は、1802年にジョン・ドルトンによって発見され、彼が発表した原子論の有力な証拠として発表された。
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。
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: 解析力学
text: 数学者、天文学者であったジョゼフ=ルイ・ラグランジュは、1788年に出版した『解析力学』(Mécanique Analytique)において、それまでの静力学及び動力学の歴史を総括した上で、静力学全体がただ一つの基本公式に帰着させることができたのと同様に、動力学全体も一つの一般公式に帰着させることが可能であるとして、『諸物体の運動に関わる諸問題を論ずるための、簡単でもあり、一般的でもある、一つの方法』を導入したが、これが解析力学の始まりである。ラグランジュの言わんとしたことは、上記ダランベールの原理の表式はラグランジアン L というものを導入することで次のように書き換えることができるというものであった。
title: 科学史
text: 力学はラグランジュによって形式的にまとめられ、自然の法則として認められる。イギリスではブラックやキャヴェンディシュらが気体の研究を行い、酸素や水素が発見される。フランスではラヴォアジェ、ドルトン、アヴォガドロらを経て、19世紀に原子の考え方に行き着く。
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: STEEL-鉄血の絆-
text: ピエール・ルイ・デュロン(Pierre Louis Dulong 、1785年2月12日 - 1838年7月19日)はフランスの化学者、物理学者である。比熱に関するデュロン=プティの法則で知られる。
title: 気体
text: ほとんどの気体は人間の知覚では観察が難しいため、圧力・体積・温度といった物理的性質と粒子数(物質量)といった性質で表す。これら4つの特性を様々な気体の様々な条件下で計測したのが、ロバート・ボイル、ジャック・シャルル、ジョン・ドルトン、ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサック、アメデオ・アヴォガドロといった人々である。彼らの研究によって最終的にそれらの特性間の数学的関係が明らかとなり、理想気体の状態方程式となって結実した。
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: 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: アボガドロの法則
text: アボガドロの仮説は提案後半世紀近くの間、一部の化学者以外にはほとんど忘れ去られていた。 そのため、化学当量と原子量、分子量の区別があいまいになり、化学者によって用いる原子量の値が異なるという事態に陥っていた。 1860年のカールスルーエ国際会議(英語版)においてスタニズラオ・カニッツァーロによりアボガドロの仮説についての解説が行なわれ、これを聞いた多くの化学者が仮説を受け入れ原子量についての混乱は徐々に解消されていった。
title: ヘルマン・フォン・ヘルムホルツ
text: ジェームズ・プレスコット・ジュールが行ってきた熱の仕事当量に関する実験をもとに、熱力学の第1法則を導き出した。1847年、この成果をベルリン物理学会にて論文『力の保存について』として発表。マイヤー、ジュール、ウィリアム・トムソン(ケルビン卿)と並ぶエネルギー保存則の確立者の一人とみなされるようになった。
title: 熱の仕事当量
text: ニコラ・レオナール・サディ・カルノーは、1824年以降に書かれたノート『数学、物理学その他についての覚書』にて、「単位量の動力を生ずるためには2.70単位の熱を消費しなければならない」と記述している。これは現在の数値に換算するとJ=3.63J/cal に相当する。この記述から、カルノーは熱の仕事当量を求めた初の人物といえる。しかしカルノー自身はこの内容を論文として発表しておらず、ノートが世に出たのは1872年のことであった。 なお、Jの算出方法についてはノートでは書かれていないが、後に述べるマイヤーと同じように、定圧比熱と定積比熱の比から求めたと推定されている。
title: 熱の仕事当量
text: これに対しジュールは、熱の仕事当量をはじめとする熱力学的理論は、17世紀のジョン・ロックから、ランフォード、デーヴィー、セガン、そしてマイヤーへと連なる流れの中で進められてきたが、マイヤーの理論は仮説をもとに構成されており、その仮説を実験的に確かめたのは自分であると反論した(実はランフォードの実験から仕事当量を計算したのはジュールである。これにはランフォードの功績を高めることで相対的にマイヤーの功績を下げる目的もあったと推定されている)。
title: ユリウス・ロベルト・フォン・マイヤー
text: 1842年の論文も、一般に理解される書き方ではないため、「誰か他の人物の先取権を否定するためというような理由でもなければ、誰も二度と読もうとはしない類の論文」とも言われているが、この論文において初めて熱の仕事当量について述べたことにより、現在ではマイヤーはエネルギー保存則の発見者の1人とされている。また、マイヤーの算出方法は、「気体を単に膨張させただけでは気体の温度は変わらない」という前提条件が必要となるが、マイヤーはこれを、ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックが1806年に行った実験から補っている。マイヤーには、当時ほとんど知られていなかったこの実験の意義を初めて見出したという評価もある。
title: ヴィルヘルム・オストヴァルト
text: 多形体の振る舞いについては、「オストヴァルトの段階則」を発見した。化学でよく使われるモルという言葉の語源は、1900年ごろ、オストヴァルトが最初に用いたといわれている。オストヴァルトは、モルは理想気体と大きく関係していると考えた。しかし皮肉なことに、このモルの概念を思いついたことが直接、マッハらとともに原子論への反対を示す原因となった。アルノルト・ゾンマーフェルトとの会話の中でオストヴァルトは、ジャン・ペランのブラウン運動の実験を見て、やっと原子論を受け入れるようになったと述べている。
title: ケルダール法
text: ケルダール法(ケルダールほう、Kjeldahl method)は、化学物質に含まれる窒素の量を求める分析方法。ヨハン・ケルダール(英語版)によって考案された。
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: エネルギー
text: 一方、1840年代に入るとロベルト・マイヤーやジェームズ・プレスコット・ジュールがエネルギー保存の法則の存在に気づき、1847年にヘルマン・フォン・ヘルムホルツがこれを熱力学の第一法則とし、1850年にはルドルフ・クラウジウスが熱力学の第一法則の定式化を行った。また、1824年にはサディ・カルノーが熱力学第二法則につながる発見をし、1850年代にはクラウジウスとウィリアム・トムソン(ケルヴィン卿)がそれぞれ独自に熱力学第二法則を導きだした。
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: 理想気体の状態方程式
text: この式が理想気体の状態方程式であり、ボイルの法則、シャルルの法則(あるいは合わせてボイル=シャルルの法則)と体積の示量性から導かれる。