数学フリーの「物理化学」

数学フリーの「物理化学」

物理化学は理論化学であり、すべての化学の基礎。本書は、その物理化学について、数式をできるだけ使わずに、学問の重要な部分をイメージで理解し、技術者の素養を育てる本。本書には、数式は四則演算を除けばほとんどない。その分をグラフや図表、イラストなどで補っている。数式が嫌いな人でも苦労することなく、知らず知らずのうちに物理化学の果実を十分に堪能することができる。


齋藤勝裕  著者プロフィール
（さいとう　かつひろ）
1945年生まれ。1974年東北大学大学院理学研究科化学専攻博士課程修了。
現在は愛知学院大学客員教授、中京大学非常勤講師、名古屋工業大学名誉教授などを兼務。
理学博士。専門分野は有機化学、物理化学、光化学、超分子化学。
著書は「絶対わかる化学シリーズ」全18冊（講談社）、「わかる化学シリーズ」全14冊（オーム社）、『レアメタルのふしぎ』『マンガでわかる有機化学』『マンガでわかる元素118』（以上、SBクリエイティブ）、『生きて動いている「化学」がわかる』『元素がわかると化学がわかる』（ベレ出版）、『すごい！iPS細胞』（日本実業出版社）など多数。
目次

はじめに

第1章　物質の構造と状態　
1-1　原子の構造　
1-2　原子量とモル　
1-3　原子の種類　
1-4　化学結合　
1-5　分子構造と分子量　
1-6　物質の状態と変化　
1-7　状態図　
1-8　三重点と臨界点　

第2章　気体と液体の性質　
2-1　気体分子の運動　
2-2　気体の比重　
2-3　気体の状態方程式　
2-4　液体の性質　
2-5　昇華とフリーズドライ　
コラム水の沸点　

第3章　溶液の性質　
3-1　溶解と溶媒和　
3-2　溶解度　
3-3　溶液の蒸気圧　
3-4　凝固点降下と沸点上昇　
3-5　半透膜と浸透圧　
3-6　電解質溶液　

第4章　結晶と三態以外の状態の性質　
4-1　結晶の構造と性質　
4-2　三態以外の状態　
4-3　非晶質固体　
4-4　アモルファス状態　
4-5　液晶の性質　
4-6　液晶モニタ　

第5章　熱とエネルギー　
5-1　エネルギーとは？　
5-2　熱力学第一法則　
5-3　化学反応のエネルギー　
5-4　結合エネルギーと反応エネルギー　
5-5　エネルギーとへスの法則　

第6章　反応の速度　
6-1　反応速度とは　
6-2　反応速度式　
6-3　逐次反応と律速段階　
6-4　可逆反応と平衡　
6-5　遷移状態と活性化エネルギー　
6-6　触媒反応　

第7章　エントロピー　
7-1　エネルギーとエンタルピー　
7-2　整然と乱雑　
7-3　熱力学第二法則　
7-4　熱力学第三法則　
7-5　ギブズエネルギー　
7-6　反応とギブズエネルギー　

第8章　酸・塩基　
8-1　酸・塩基とは　
8-2　酸性・塩基性　
8-3　水素イオン指数　
8-4　中和と塩　
8-5　酸・塩基と環境　
8-6　酸・塩基と生体　

第9章　酸化・還元　
9-1　酸化・還元とは　
9-2　酸化数の決め方　
9-3　酸化数と酸化還元　
9-4　酸化・還元と電子授受　
9-5　酸化剤・還元剤　
9-6　身の周りの酸化・還元反応　

第10章　電気化学　
10-1　化学反応と電気　
10-2　金属の溶解　
10-3　イオン化傾向　
10-4　ボルタ電池　
10-5　水素燃料電池と太陽電池　
10-6　電気分解と電気めっき　
はじめに

　『数学フリーの化学』シリーズ第一弾の『数学フリーの物理化学』をお届けします。
　本シリーズはその標題のとおり『数学フリー』すなわち、数学を用いない、数学が出てこない化学の解説書です。化学は科学の一種です。科学の共通言語は数学です。科学では複雑な現象の解析、その結果の記述を数学、数式を用いて行います。化学も同様です。
　しかし、化学には化学独特の解析、表現手段があります。それが化学式です。化学式とそれを解説する文章があれば、数式を用いた解説と同等の内容を表現することができます。本書はこのような化学の特殊性を最大限に生かして、数学なしで化学の全てを解説しようとする画期的な本です。
　『物理化学』はわかりやすくいえば「理論化学」です。化学の基礎を作り、全ての化学現象を支え、支配している各種の法則、規則などを扱う領域です。書店で、本書以外で『物理化学』という表題のついた本を開いてみてください。きっと、数式一杯なのに驚かれるでしょう。数学の嫌いな方は、それ以上ページをめくるのが嫌になるでしょう。頭が痛くなるかもしれません。
　そこでもう一度、本書をめくってみてください。驚かれるでしょう。数式は何もありません。たまにあっても四則演算、＋－×÷だけです。小学校の算数です。全てのページは左ページが日本語の解説文、そして右ページはわかりやすい解説図、グラフ、表だけです。数学といえるようなものは何もありません。
　それでは本書は底の浅い、ウスッペラな中身だけのつまらない本なのか？といわれれば、それは著者が自信を持って否定します。本書の内容は他の『物理化学』の本に少しも劣るものではありません。いえ、少しの違いもありません。
　普通の本が数式と数学で解説し、「式を見ればわかる！」といっているところを、「式を見なくてもわかる」ように図とグラフと表と解説文で解説しているのです。解説文も、ちょっとお読みいただければわかるように、簡潔明瞭です。短い文章で歯切れよく解説してあります。「長くてクドクドして、何をいいたいのかわからない」ような文章は決してありません。
　本書を読むのに基礎知識は一切必要ありません。必要なことは全て本書の中に書いてあります。みなさんは本書に導かれるままに読み進んでください。ご自分で気づかないうちにモノスゴイ知識が溜まってくるはずです。そしてきっと「物理化学は面白いものだ」と思われるのではないでしょうか？そして、そのように思っていただくことができたら、著者の望外な喜びです。
　最後に本書の作製に並々ならぬ努力を払って下さった日刊工業新聞社の鈴木徹氏、並びに参考にさせて頂いた書籍の出版社、著者に感謝申し上げます。
2016年7月　
齋藤　勝裕http://pub.nikkan.co.jp/books/detail/00003069
物理化学からも探してみたいと思います：
再生核研究所声明316（2016.08.19）　ゼロ除算における誤解
（２０１６年８月１６日夜，風呂で、ゼロ除算の理解の遅れについて　理由を纏める考えが独りでに湧いた。）
                                                   
６歳の道脇愛羽さんたち親娘が３週間くらいで　ゼロ除算は自明であるとの理解を示したのに、近い人や指導的な数学者たちが１年や２年を経過してもスッキリ理解できない状況は　世にも稀なる事件であると考えられる。ゼロ除算の理解を進めるために　その原因について、掘り下げて纏めて置きたい。
まず、結果を聞いて、とても信じられないと発想する人は極めて多い。割り算の意味を自然に拡張すると1/0=0/0=z/0　となる、関数y=1/xの原点における値がゼロであると結果を表現するのであるが、これらは信じられない、このような結果はダメだと始めから拒否する理由である。
先ずは、ゼロでは割れない、割ったことがない、は全ての人の経験で、ゼロの記録Brahmagupta(598– 668?)　以来の定説である。しかも、ゼロ除算について天才、オイラーの1/0を無限大とする間違いや、不可能性についてはライプニッツ、ハルナックなどの言明があり、厳格な近代数学において確立した定説である。さらに、ゼロ除算についてはアインシュタインが最も深く受け止めていたと言える：（George Gamow (1904-1968) Russian-born American nuclear physicist and cosmologist remarked that "it is well known to students of high school algebra" that division by zero is not valid; and Einstein admitted it as {\bf the biggest blunder of his life} ：Gamow, G., My World Line (Viking, New York). p 44, 1970.）。
一様に思われるのは、割り算は掛け算の逆であり、直ぐに不可能性が証明されてしまうことである。ところが、上記道脇親娘は　割り算と掛け算は別であり、割り算は、等分の考えから、掛け算ではなく、引き算の繰り返し、除算で定義されるという、考えで、このような発想から良き理解に達したと言える。
ゼロで割ったためしがないので、ゼロ除算は興味も、関心もないと言明される人も多い。
また、割り算の（分数の）拡張として得られた。この意味は結構難しく、何と、1/0=0/0=z/0　の正確な意味は分からないというのが　真実である。論文ではこの辺の記述は大事なので、注意して書いているが　真面目に論文を読む者は多いとは言えないないから、とんでもない誤解をして、矛盾だと言ってきている。1/0=0/0=z/0　らが、普通の分数のように掛け算に結びつけると矛盾は直ぐに得られてしまう。したがって、定義された経緯、意味を正確に理解するのが　大事である。数学では、定義をしっかりさせる事は基本である。―　ゼロ除算について、情熱をかけて研究している者で、ゼロ除算の定義をしっかりさせないで混乱している者が多い。
次に関数y=1/xの原点における値がゼロである　は　実は定義であるが、それについて、面白い見解は世に多い。アリストテレス（Aristotelēs、前384年 - 前322年3月7日）の世界観の強い影響である。ゼロ除算の歴史を詳しく調べている研究者の意見では、ゼロ除算を初めて考えたのはアリストテレスで真空、ゼロの比を考え、それは考えられないとしているという。ゼロ除算の不可能性を述べ、アリストテレスは　真空、ゼロと無限の存在を嫌い、物理的な世界は連続であると考えたという。西欧では　アリストテレスの影響は大きく、聖書にも反映し、ゼロ除算ばかりではなく、ゼロ自身も受け入れるのに１０００年以上もかかったという、歴史解説書がある。ゼロ除算について、始めから国際的に議論しているが、ゼロ除算について異様な様子の背景にはこのようなところにあると考えられる。関数y=1/xの原点における値が無限に行くと考えるのは自然であるが、それがx=0で突然ゼロであるという、強力な不連続性が、感覚的に受け入れられない状況である。解析学における基本概念は　極限の概念であり、連続性の概念である。ゼロ除算は新規な現象であり、なかなか受け入れられない。
ゼロ除算について初期から交流、意見を交わしてきた２０年来の友人との交流から、極めて基本的な誤解がある事が、２年半を越えて判明した。勿論、繰り返して述べてきたことである。ゼロ除算の運用、応用についての注意である。
具体例で注意したい。例えば簡単な関数 y=x/(x -1) において x=1　の値は　形式的にそれを代入して 1/0=0　と考えがちであるが、そのような考えは良くなく、y = 1 + 1/(x -1)　からx=1　の値は1であると考える。関数にゼロ除算を適用するときは注意が必要で、ゼロ除算算法に従う必要があるということである。分子がゼロでなくて、分母がゼロである場合でも意味のある広い世界が現れてきた。現在、ゼロ除算算法は広い分野で意味のある算法を提起しているが、詳しい解説はここでは述べないことにしたい。注意だけを指摘して置きたい。
ゼロ除算は　アリストテレス以来、あるいは西暦６２８年インドにおけるゼロの記録と、算術の確立以来、またアインシュタインの人生最大の懸案の問題とされてきた、ゼロで割る問題　ゼロ除算は、本質的に新しい局面を迎え、数学における基礎的な部分の欠落が明瞭になってきた。ここ７０年を越えても教科書や学術書における数学の基礎的な部分の変更は　かつて無かった事である。と述べ、大きな数学の改革を提案している：
再生核研究所声明312（2016.07.14）　ゼロ除算による　平成の数学改革を提案する

以　上