第1章化学の基本概念
Key Concepts and Summary重要概念とまとめ
Chemistry deals with the composition, structure, and properties of matter, and the ways by which various forms of matter may be interconverted. Thus, it occupies a central place in the study and practice of science and technology. Chemists use the scientific method to perform experiments, pose hypotheses, and formulate laws and develop theories, so that they can better understand the behavior of the natural world. To do so, they operate in the macroscopic, microscopic, and symbolic domains. Chemists measure, analyze, purify, and synthesize a wide variety of substances that are important to our lives.
化学は、物質の組成・構造・性質と、物質のさまざまな形を相互に変換する方法を扱う。そのため、科学技術の研究と実践において中心的な位置を占める。化学者は自然界の振る舞いをよりよく理解するため、科学的方法を用いて実験を行い、仮説を立て、法則を定式化し、理論を発展させる。その際、巨視的・微視的・記号的の各領域で考え、作業する。化学者は、私たちの生活に重要な多種多様の物質を測定・分析・精製・合成する。
Chemistry End of Chapter Exercises章末問題
Exercises 1–7練習問題 1–7
Exercise 1問題 1
Explain how you could experimentally determine whether the outside temperature is higher or lower than 0 °C (32 °F) without using a thermometer.
温度計を使わずに、外気温が0 °C（32 °F）より高いか低いかを実験で判断するには、どうすればよいか説明しなさい。
Solution解き方
Place a glass of water outside. It will freeze if the temperature is below 0 °C.
水を入れたコップを屋外に置く。温度が0 °Cより低ければ、水は凍る。
Exercise 2問題 2
Identify each of the following statements as being most similar to a hypothesis, a law, or a theory. Explain your reasoning.
次の各記述が、仮説・法則・理論のどれに最も近いかを判断し、その理由を説明しなさい。
(a) Falling barometric pressure precedes the onset of bad weather.
(a) 気圧の低下は、悪天候の始まりに先行する。
(b) All life on earth has evolved from a common, primitive organism through the process of natural selection.
(b) 地球上のすべての生命は、自然選択の過程を通じて、共通の原始的な生物から進化した。
(c) My truck’s gas mileage has dropped significantly, probably because it’s due for a tune-up.
(c) 私のトラックの燃費が大幅に悪くなった。おそらく整備の時期が来ているためだ。
Exercise 3問題 3
Identify each of the following statements as being most similar to a hypothesis, a law, or a theory. Explain your reasoning.
次の各記述が、仮説・法則・理論のどれに最も近いかを判断し、その理由を説明しなさい。
(a) The pressure of a sample of gas is directly proportional to the temperature of the gas.
(a) ある気体試料の圧力は、その気体の温度に正比例する。
(b) Matter consists of tiny particles that can combine in specific ratios to form substances with specific properties.
(b) 物質は小さな粒子からなり、その粒子は特定の割合で結び付いて、特定の性質を持つ物質を作ることができる。
(c) At a higher temperature, solids (such as salt or sugar) will dissolve better in water.
(c) 温度が高いほど、塩や砂糖のような固体は水によく溶ける。
Solution解き方
(a) law (states a consistently observed phenomenon, can be used for prediction); (b) theory (a widely accepted explanation of the behavior of matter); (c) hypothesis (a tentative explanation, can be investigated by experimentation)
(a) 法則。一貫して観察される現象を述べており、予測に使える。(b) 理論。物質の振る舞いについて広く受け入れられた説明である。(c) 仮説。暫定的な説明で、実験によって調べることができる。
Exercise 4問題 4
Identify each of the underlined items as a part of either the macroscopic domain, the microscopic domain, or the symbolic domain of chemistry. For any in the symbolic domain, indicate whether they are symbols for a macroscopic or a microscopic feature.
下線を引いた各項目が、化学の巨視的領域・微視的領域・記号的領域のどれに属するかを答えなさい。記号的領域に属するものについては、その記号が巨視的な特徴を表すのか、微視的な特徴を表すのかも示しなさい。
(a) The mass of a lead pipe is 14 lb.
(a) 鉛の管の質量は14 lbである。
(b) The mass of a certain chlorine atom is 35 amu.
(b) ある塩素原子の質量は35 amuである。
(c) A bottle with a label that reads Al contains aluminum metal.
(c) 「Al」と書かれたラベルのある瓶に、金属アルミニウムが入っている。
(d) Al is the symbol for an aluminum atom.
(d) Alは、アルミニウム原子を表す記号である。
Exercise 5問題 5
Identify each of the underlined items as a part of either the macroscopic domain, the microscopic domain, or the symbolic domain of chemistry. For those in the symbolic domain, indicate whether they are symbols for a macroscopic or a microscopic feature.
下線を引いた各項目が、化学の巨視的領域・微視的領域・記号的領域のどれに属するかを答えなさい。記号的領域に属するものについては、その記号が巨視的な特徴を表すのか、微視的な特徴を表すのかも示しなさい。
(a) A certain molecule contains one H atom and one Cl atom.
(a) ある分子は、H原子一つとCl原子一つを含む。
(b) Copper wire has a density of about 8 g/cm3.
(b) 銅線の密度は約8 g/cm3である。
(c) The bottle contains 15 grams of Ni powder.
(c) 瓶には15グラムのNi粉末が入っている。
(d) A sulfur molecule is composed of eight sulfur atoms.
(d) 硫黄分子は、硫黄原子八つからなる。
Solution解き方
(a) symbolic, microscopic; (b) macroscopic; (c) symbolic, macroscopic; (d) microscopic
(a) 記号的・微視的。(b) 巨視的。(c) 記号的・巨視的。(d) 微視的。
Exercise 6問題 6
According to one theory, the pressure of a gas increases as its volume decreases because the molecules in the gas have to move a shorter distance to hit the walls of the container. Does this theory follow a macroscopic or microscopic description of chemical behavior? Explain your answer.
ある理論によると、気体の体積が減ると、分子が容器の壁に衝突するまでに移動しなければならない距離が短くなるため、気体の圧力が高くなる。この理論は、化学的な振る舞いを巨視的に記述しているか、微視的に記述しているか。理由も説明しなさい。
Exercise 7問題 7
The amount of heat required to melt 2 lbs of ice is twice the amount of heat required to melt 1 lb of ice. Is this observation a macroscopic or microscopic description of chemical behavior? Explain your answer.
2 lbの氷を融かすのに必要な熱量は、1 lbの氷を融かすのに必要な熱量の2倍である。この観察は、化学的な振る舞いの巨視的な記述か、微視的な記述か。理由も説明しなさい。
Solution解き方
Macroscopic. The heat required is determined from macroscopic properties.
巨視的な記述である。必要な熱量は、巨視的な性質から求められる。
chemistry
化学
study of the composition, properties, and interactions of matter
物質の組成、性質、相互作用を研究する学問。
hypothesis
仮説
tentative explanation of observations that acts as a guide for gathering and checking information
情報を集めて確かめる際の指針となる、観察結果についての暫定的な説明。
law
法則
statement that summarizes a vast number of experimental observations, and describes or predicts some aspect of the natural world
膨大な実験観察を要約し、自然界のある側面を記述または予測する記述。
macroscopic domain
巨視的領域
realm of everyday things that are large enough to sense directly by human sight and touch
人の視覚や触覚によって直接感じ取れるほど大きな、日常の物の領域。
microscopic domain
微視的領域
realm of things that are much too small to be sensed directly
直接感じ取るにはあまりにも小さい物の領域。
scientific method
科学的方法
path of discovery that leads from question and observation to law or hypothesis to theory, combined with experimental verification of the hypothesis and any necessary modification of the theory
問いと観察から法則または仮説へ、さらに理論へと進む発見の道筋に、仮説の実験的検証と必要な理論の修正を組み合わせたもの。
symbolic domain
記号的領域
specialized language used to represent components of the macroscopic and microscopic domains, such as chemical symbols, chemical formulas, chemical equations, graphs, drawings, and calculations
巨視的領域と微視的領域の構成要素を表すための専門的な言語。元素記号、化学式、化学反応式、グラフ、図、計算などが含まれる。
theory
理論
well-substantiated, comprehensive, testable explanation of a particular aspect of nature
自然のある側面についての、十分な根拠に支えられた包括的かつ検証可能な説明。