第1章化学の基本概念

Key Concepts and Summary重要概念とまとめ

Matter is anything that occupies space and has mass. The basic building block of matter is the atom, the smallest unit of an element that can enter into combinations with atoms of the same or other elements. In many substances, atoms are combined into molecules. On earth, matter commonly exists in three states: solids, of fixed shape and volume; liquids, of variable shape but fixed volume; and gases, of variable shape and volume. Under high-temperature conditions, matter also can exist as a plasma. Most matter is a mixture: It is composed of two or more types of matter that can be present in varying amounts and can be separated by physical means. Heterogeneous mixtures vary in composition from point to point; homogeneous mixtures have the same composition from point to point. Pure substances consist of only one type of matter. A pure substance can be an element, which consists of only one type of atom and cannot be broken down by a chemical change, or a compound, which consists of two or more types of atoms.

物質とは、空間を占め、質量を持つものすべてである。物質の基本的な構成要素は原子であり、同じ元素やほかの元素の原子と結び付くことのできる、元素の最小の単位である。多くの物質では、原子が結び付いて分子を作っている。地球上では、物質は一般に三つの状態で存在する。固体は形と体積が一定で、液体は形を変えられるが体積は一定、気体は形も体積も変えられる。高温では、物質はプラズマとして存在することもできる。物質の大部分は混合物である。混合物は二種類以上の物質からなり、それぞれの量は変わりうる。また、物理的な方法で成分を分離できる。不均一混合物は場所によって組成が異なり、均一混合物はどの場所でも組成が同じである。純物質は一種類の物質だけからなる。純物質には、一種類の原子だけからなり化学変化では分解できない単体と、二種類以上の原子からなる化合物がある。

Chemistry End of Chapter Exercises章末問題

Exercises 8–25練習問題 8–25

Exercise 8問題 8

Why is an object’s mass, rather than its weight, used to indicate the amount of matter it contains?

物体に含まれる物質の量を示すのに、重さではなく質量が使われるのはなぜか。

Exercise 9問題 9

What properties distinguish solids from liquids? Liquids from gases? Solids from gases?

固体と液体は、どのような性質で区別できるか。液体と気体、固体と気体についても答えなさい。

Solution解き方

Liquids can change their shape (flow); solids can’t. Gases can undergo large volume changes as pressure changes; liquids do not. Gases flow and change volume; solids do not.

液体は形を変えられる、つまり流れるが、固体はできない。気体の体積は圧力の変化に伴って大きく変わりうるが、液体はそうではない。気体は流動し、体積を変えるが、固体はしない。

Exercise 10問題 10

How does a heterogeneous mixture differ from a homogeneous mixture? How are they similar?

不均一混合物と均一混合物は、どのように異なり、どのような点が共通しているか。

Exercise 11問題 11

How does a homogeneous mixture differ from a pure substance? How are they similar?

均一混合物と純物質は、どのように異なり、どのような点が共通しているか。

Solution解き方

The mixture can have a variety of compositions; a pure substance has a definite composition. Both have the same composition from point to point.

混合物はさまざまな組成を取りうるが、純物質の組成は一定である。どちらも、一つの試料の中では場所によらず組成が同じである。

Exercise 12問題 12

How does an element differ from a compound? How are they similar?

単体と化合物は、どのように異なり、どのような点が共通しているか。

Exercise 13問題 13

How do molecules of elements and molecules of compounds differ? In what ways are they similar?

単体の分子と化合物の分子は、どのように異なり、どのような点が共通しているか。

Solution解き方

Molecules of elements contain only one type of atom; molecules of compounds contain two or more types of atoms. They are similar in that both are comprised of two or more atoms chemically bonded together.

単体の分子は一種類の原子だけを含み、化合物の分子は二種類以上の原子を含む。どちらも、二つ以上の原子が化学結合によって結び付いている点で共通する。

Exercise 14問題 14

How does an atom differ from a molecule? In what ways are they similar?

原子と分子は、どのように異なり、どのような点が共通しているか。

Exercise 15問題 15

Many of the items you purchase are mixtures of pure compounds. Select three of these commercial products and prepare a list of the ingredients that are pure compounds.

購入する品物の多くは、純粋な化合物を混ぜたものである。こうした市販品を三つ選び、純粋な化合物に当たる成分を一覧にしなさい。

Solution解き方

Answers will vary. Sample answer: Gatorade contains water, sugar, dextrose, citric acid, salt, sodium chloride, monopotassium phosphate, and sucrose acetate isobutyrate.

答えはさまざまになる。解答例：ゲータレードには、水、砂糖、デキストロース、クエン酸、塩、塩化ナトリウム、リン酸二水素カリウム、酢酸イソ酪酸スクロースが含まれる。

Exercise 16問題 16

Classify each of the following as an element, a compound, or a mixture:

次の各項目を、単体・化合物・混合物のいずれかに分類しなさい。

(a) copper

(a) 銅

(b) water

(b) 水

(d) sulfur

(d) 硫黄

(e) air

(e) 空気

(f) sucrose

(f) スクロース

(g) a substance composed of molecules each of which contains two iodine atoms

(g) ヨウ素原子二つを含む分子からなる物質

(h) gasoline

(h) ガソリン

Exercise 17問題 17

Classify each of the following as an element, a compound, or a mixture:

次の各項目を、単体・化合物・混合物のいずれかに分類しなさい。

(a) iron

(a) 鉄

(b) oxygen

(b) 酸素

(d) pancake syrup

(d) パンケーキ用シロップ

(e) carbon dioxide

(e) 二酸化炭素

(f) a substance composed of molecules each of which contains one hydrogen atom and one chlorine atom

(f) 水素原子一つと塩素原子一つを含む分子からなる物質

(g) baking soda

(g) 重曹

(h) baking powder

(h) ベーキングパウダー

Solution解き方

(a) element; (b) element; (c) compound; (d) mixture; (e) compound; (f) compound; (g) compound; (h) mixture

(a) 単体、(b) 単体、(c) 化合物、(d) 混合物、(e) 化合物、(f) 化合物、(g) 化合物、(h) 混合物。

Exercise 18問題 18

A sulfur atom and a sulfur molecule are not identical. What is the difference?

硫黄原子と硫黄分子は同じものではない。どのように違うか。

Exercise 19問題 19

How are the molecules in oxygen gas, the molecules in hydrogen gas, and water molecules similar? How do they differ?

酸素ガスの分子、水素ガスの分子、水分子には、どのような共通点と相違点があるか。

Solution解き方

In each case, a molecule consists of two or more combined atoms. They differ in that the types of atoms change from one substance to the next.

どの場合も、分子は二つ以上の原子が結び付いたものである。物質が変わると、分子を構成する原子の種類が変わる点が異なる。

Exercise 20問題 20

Why are astronauts in space said to be “weightless,” but not “massless”?

宇宙の宇宙飛行士は、「無重量」だが「質量がない」わけではないといわれるのは、なぜか。

Exercise 21問題 21

Prepare a list of the principal chemicals consumed and produced during the operation of an automobile.

自動車の運転中に消費される主な化学物質と、生成する主な化学物質を一覧にしなさい。

Solution解き方

Gasoline (a mixture of compounds), oxygen, and to a lesser extent, nitrogen are consumed. Carbon dioxide and water are the principal products. Carbon monoxide and nitrogen oxides are produced in lesser amounts.

ガソリン（化合物の混合物）と酸素が消費され、量は少ないが窒素も消費される。主な生成物は二酸化炭素と水である。一酸化炭素と窒素酸化物も、より少量生成する。

Exercise 22問題 22

Matter is everywhere around us. Make a list by name of fifteen different kinds of matter that you encounter every day. Your list should include (and label at least one example of each) the following: a solid, a liquid, a gas, an element, a compound, a homogenous mixture, a heterogeneous mixture, and a pure substance.

私たちの周囲には至る所に物質がある。毎日出会う異なる物質を15種類、名前で挙げなさい。固体、液体、気体、単体、化合物、均一混合物、不均一混合物、純物質を含め、それぞれについて少なくとも一例に分類名を付けなさい。

Exercise 23問題 23

When elemental iron corrodes it combines with oxygen in the air to ultimately form red brown iron(III) oxide called rust. (a) If a shiny iron nail with an initial mass of 23.2 g is weighed after being coated in a layer of rust, would you expect the mass to have increased, decreased, or remained the same? Explain. (b) If the mass of the iron nail increases to 24.1 g, what mass of oxygen combined with the iron?

単体の鉄が腐食すると、空気中の酸素と結び付き、最終的に、さびと呼ばれる赤褐色の酸化鉄(III)を作る。(a) 初めの質量が23.2 gの光沢のある鉄くぎが、さびの層に覆われた後で質量を測定されたとする。質量は増えた、減った、変わらない、のどれだと予想するか。説明しなさい。(b) 鉄くぎの質量が24.1 gに増えた場合、鉄と結び付いた酸素の質量はいくらか。

Solution解き方

(a) Increased as it would have combined with oxygen in the air thus increasing the amount of matter and therefore the mass. (b) 0.9 g

(a) 増える。空気中の酸素と結び付くため、物質の量が増え、したがって質量も増える。(b) 0.9 g。

Exercise 24問題 24

As stated in the text, convincing examples that demonstrate the law of conservation of matter outside of the laboratory are few and far between. Indicate whether the mass would increase, decrease, or stay the same for the following scenarios where chemical reactions take place:

本文で述べたように、実験室の外で物質保存の法則を示す、納得しやすい実例はめったにない。次のような化学反応が起こる状況では、質量が増えるか、減るか、変わらないかを答えなさい。

(a) Exactly one pound of bread dough is placed in a baking tin. The dough is cooked in an oven at 350 °F releasing a wonderful aroma of freshly baked bread during the cooking process. Is the mass of the baked loaf less than, greater than, or the same as the one pound of original dough? Explain.

(a) ちょうど1ポンドのパン生地を焼き型に入れ、350 °Fのオーブンで焼く。焼いている間、焼きたてのパンのよい香りが放たれる。焼き上がったパンの質量は、元の生地1ポンドより小さいか、大きいか、同じか。説明しなさい。

(b) When magnesium burns in air a white flaky ash of magnesium oxide is produced. Is the mass of magnesium oxide less than, greater than, or the same as the original piece of magnesium? Explain.

(b) マグネシウムを空気中で燃やすと、酸化マグネシウムの白い薄片状の灰ができる。酸化マグネシウムの質量は、元のマグネシウム片より小さいか、大きいか、同じか。説明しなさい。

(c) Antoine Lavoisier, the French scientist credited with first stating the law of conservation of matter, heated a mixture of tin and air in a sealed flask to produce tin oxide. Did the mass of the sealed flask and contents decrease, increase, or remain the same after the heating?

Exercise 25問題 25

Yeast converts glucose to ethanol and carbon dioxide during anaerobic fermentation as depicted in the simple chemical equation here:

酵母は嫌気的発酵の際に、ここに示す簡単な化学反応式のように、グルコースをエタノールと二酸化炭素に変える。

glucose ⟶ ethanol + carbon dioxide

グルコース ⟶ エタノール + 二酸化炭素

(a) If 200.0 g of glucose is fully converted, what will be the total mass of ethanol and carbon dioxide produced?

(a) グルコース200.0 gがすべて変換された場合、生じたエタノールと二酸化炭素の総質量はいくらになるか。

(b) If the fermentation is carried out in an open container, would you expect the mass of the container and contents after fermentation to be less than, greater than, or the same as the mass of the container and contents before fermentation? Explain.

(b) 開いた容器で発酵を行う場合、発酵後の容器と内容物の質量は、発酵前より小さいか、大きいか、同じか。予想し、その理由を説明しなさい。

Solution解き方

(a) 200.0 g; (b) The mass of the container and contents would decrease as carbon dioxide is a gaseous product and would leave the container. (c) 102.3 g

(a) 200.0 g。(b) 二酸化炭素は気体の生成物で、容器から出ていくため、容器と内容物の質量は減少する。(c) 102.3 g。

atom

原子

smallest particle of an element that can enter into a chemical combination

化学的な結合に加わることのできる、元素の最小の粒子。

compound

化合物

pure substance that can be decomposed into two or more elements

二種類以上の単体へ分解できる純物質。

element

単体

substance that is composed of a single type of atom; a substance that cannot be decomposed by a chemical change

一種類の原子からなる物質。化学変化では分解できない物質。

gas

気体

state in which matter has neither definite volume nor shape

物質が一定の体積も形も持たない状態。

heterogeneous mixture

不均一混合物

combination of substances with a composition that varies from point to point

場所によって組成が異なる、複数の物質の組合せ。

homogeneous mixture

均一混合物

(also, solution) combination of substances with a composition that is uniform throughout

全体の組成が一様な、複数の物質の組合せ。溶液ともいう。

liquid

液体

state of matter that has a definite volume but indefinite shape

体積は一定だが、形は一定でない物質の状態。

law of conservation of matter

物質保存の法則

when matter converts from one type to another or changes form, there is no detectable change in the total amount of matter present

物質が別の種類の物質へ変わる場合や形態が変わる場合にも、存在する物質の総量には検出可能な変化が生じないという法則。

mass

質量

fundamental property indicating amount of matter

物質の量を示す基本的な性質。

matter

物質

anything that occupies space and has mass

空間を占め、質量を持つものすべて。

mixture

混合物

matter that can be separated into its components by physical means

物理的な方法によって、その構成成分に分離できる物質。

molecule

分子

bonded collection of two or more atoms of the same or different elements

同じ元素、または異なる元素の原子二つ以上が結合した集まり。

plasma

プラズマ

gaseous state of matter containing a large number of electrically charged atoms and/or molecules

電荷を持つ原子、分子、またはその両方を多数含む、気体状の物質の状態。

pure substance

純物質

homogeneous substance that has a constant composition

一定の組成を持つ均一な物質。

solid

固体

state of matter that is rigid, has a definite shape, and has a fairly constant volume

変形しにくく、一定の形とほぼ一定の体積を持つ物質の状態。

weight

重さ

force that gravity exerts on an object

重力が物体に及ぼす力。