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O2 (酸素) のモル質量

酸素 地球上および宇宙で最も豊富な元素の 1 つです。酸素の原子番号は 8 で、モル質量は 酸素の約 15.9994 です。酸素のモル質量を知ることが重要である理由を理解するには、まずモル質量とは何か、またそれが化学の計算にどのように関係するかを理解する必要があります。

モル質量とは?

化学物質のモル質量は、その物質の 1 モルが持つ質量の量であり、特定の物質の 1 モルが持つ質量です。ただし、ほくろが何であるかを知らなければ、この定義はあまり役に立ちません。モルは、特定の化学物質の量を測定するために使用される測定単位です。科学者はモルを使用して、化学物質のサンプル内にいくつの元素が含まれているかを追跡します。基本エンティティは、原子または分子です。 1 モルには、12 g の炭素 12 内に見られる原子の数に相当する数の基本エンティティがあります。この原子の数は 6.022×10^23 であり、アボガドロ数と呼ばれます。

アボガドロ数とモルは、化学において重要な概念です。化学的相互作用には、数十億個の原子が互いに相互作用して再配置されることが含まれますが、数十億個の原子の動きを表現したり、その原子を視覚化したりすることは実際的ではありません。とはいえ、科学者は、何十億もの基本的なエンティティを表すことができる測定単位をまだ必要としています.モルは 6.022×10^23 原子の代わりをすることで、化学物質を含む計算を可能にします。物質の重量は、その物質内の原子の数 (モル数で定義) と比較されます。これは、化学サンプル内の原子の数と比較して、重量を追跡するのがかなり簡単であるためです。

2 つ以上の異なる化学物質を含む計算を実行する場合、モル数とアボガドロ数の両方を使用する必要があります。化学物質が互いにどのように相互作用するか、および化学サンプル内の分子がどのように結合するかを解釈するには、アボガドロ数を利用する必要があります。モルがどのように化学物質の表現と計算を簡素化できるかの例を見てみましょう。酸素原子 1 個と水素原子 2 個が結合して 1 分子の水が生成されるため、1 モルの水は 1 モルの酸素と 2 モルの水素からできています。この関係は次のように表すことができます:

1 モルの H2O =2 × 6.022×1023 の水素 + 6.022×1023 の酸素。

簡単にまとめると、物質の 1 モルに属する質量は、その物質の分子量に等しくなります。たとえば、水の分子量は 18.015 原子質量単位であり、水の 1 モルの重量は約 18.015 g です。

モル質量の重要性

モル質量は、物質の質量と特定の物質のサンプル中のモル数との間の変換に使用できるため、物質のモル質量を知ることは重要です。物質のモル質量を知らずに、サンプルのモル数を直接測定することはできません。物質のすべてのモルに対して存在する明確な質量があり、さらに、物質のすべてのイオンまたは原子には独自の質量があります。純粋な元素の場合、元素の原子質量は、その元素の 1 分子が持つ質量に相当します。この関係は、計算が原子質量単位またはモルあたりのグラムで行われているかどうかに関係なく、計算がどのように行われているかに関係なく当てはまります.

物質のモル質量は、物質の質量を量で割ることによって決定できます。この計算の結果は通常、1 モルあたりのグラム数で示されます。チタンのモル質量は、1 モルあたり約 47.88 g、または 47.8 原子質量単位です。アボガドロ数とモル質量の関係から、7.88 g のチタンには、チタンの 23 番目の原子に対して 6.022×10 が含まれていると推測できます。

元素の特性モル質量は、その元素のモルあたりのグラム単位の原子質量に相当します。物質のモル質量を決定する別の方法は、モル質量定数 (1 モルあたり 1 g) を取り、それに AMU の原子質量を掛けることです。次に、構成原子の原子質量を合計する必要があります。これを行うと、さまざまな種類の原子で構成される化合物のモル質量が得られます。たとえば、NaCl のモル質量を計算する必要がある場合は、ナトリウムと塩素の両方の原子質量を計算する必要があります。塩素の原子質量は 1 モルあたり 35.45 g ですが、ナトリウムの原子質量は 1 モルあたり 22.99 g です。これら 2 つの質量を合わせると、1 モルあたり 58.44 g になります。

酸素の構造

酸素はそれ自身の元素であり、化学式は酸素原子 1 個だけです。ただし、大気中に見られる場合、最も一般的な形態は O2 であり、2 つの酸素原子が結合します。この形成は二原子酸素と呼ばれます。

二原子酸素では、2 つの酸素原子が、スピン三重項として知られる特定の電子配置を介して互いに結合しています。スピン三重項電子配置は結合次数が 2 であり、この結合の説明では通常、二重結合として参照されます。スピン三重項結合は、2 つの 3 電子結合と 1 つの 2 電子結合の組み合わせとして説明することもできます。二原子酸素分子の基底状態は三重項酸素であり、三重項酸素は O3 やオゾンではないことに注意してください。 O2 分子は、対の縮退分子軌道を占める 2 つの不対電子からなる電子配置を持っています。二原子酸素の結合は、二原子窒素の三重結合よりも弱い。反結合性軌道のいくつかは二原子窒素結合で満たされていますが、すべての結合性分子軌道は満たされています.

酸素の物理的性質

水には N2 分子 2 つに対して O2 分子が約 1 つ含まれているため、窒素は酸素よりも水に溶けにくくなります。酸素の水への溶解度は、水の温度に依存します。約 20°C の水は、水が 0°C のときの半分の酸素しか溶解せず、それぞれ 7.6 mg/L 対 14.6 mg/L を溶解します。 1 つの標準大気圧と 25 °C では、淡水 1 リットルあたり約 6.04 mL の酸素が存在します。対照的に、海水は、同じ大気条件下で、酸素 1 リットルあたり約 4.95 mL しかありません。

酸素は 54.36 K (−218.79 °C、−361.82 °F) で凍結し、90.20 K (−182.95 °C、−297.31 °F) で凝縮します。酸素は、固体と液体の両方の形態で、赤色の波長を吸収する結果、明るい青色をしています。

酸素の化学的性質

酸素は無味無臭無色です。大気中の酸素は、通常/標準の圧力と温度で形成されます。酸素は非金属元素であり、周期表ではカルコゲン族のメンバーです。酸素は非常に反応性が高く、他のほとんどの元素と非常に簡単に化合物を形成します。すべての反応性元素の中で、酸素は 2 番目に高い電気陰性度を持ち、フッ素にのみ打ち負かされます。酸素は強力な酸化剤でもあります。元素ヘリウムと水素に次いで、酸素は宇宙で最も豊富な元素です。酸素はまた、地球の地殻の約半分を占めており、質量に関しては、地殻で最も豊富な元素です.

遊離酸素は化学反応性が高いため、生物の光合成系以外では地球上に現れません。元素酸素は、太陽と水のエネルギーを利用して自分自身で使用可能なエネルギーを作り出す植物によって生成されます。約 25 億年前、光合成生物の出現により、二原子酸素が大気中に蓄積し始めたと考えられています。

酸素の用途

酸素はさまざまな方法で使用されます。それは、エネルギーを生成するための生物学的システムと、さまざまな医療および産業目的のために人間によって使用されます。酸素の生物学的使用に関しては、細胞内のミトコンドリアは酸素を使用して、アデノシン三リン酸または ATP の生成を支援します。これは、酸化的リン酸化として知られるプロセス中に発生し、このプロセスは、細胞が機能するために必要なエネルギーの生成に重要です.過酸化水素や H2O2 などの活性酸素の一部の種や、スーパーオキシド O2 ネガティブは、生細胞内での酸素の使用による副産物です。

酸素の医学的使用に関して、酸素療法は、個人の血液および循環器系の酸素含有量を増加させるために行われます。血液中の酸素量が増加すると、多くの肺疾患に伴う血流抵抗が減少するため、心臓にかかる負担が軽減されます。このため、酸素療法は、うっ血性心不全や肺炎、肺気腫などの特定の種類の心疾患の治療によく使用されます。高圧チャンバーと呼ばれる特定の高圧酸素チャンバーは、個人の周囲の酸素圧を高め、個人が酸素を吸い込むのを助けます。これらの高圧チャンバーは通常、低酸素環境で使用されます。


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