危険物の性質１
こんにちは、あさとです。
今日も危険物の勉強をしていきましょう。
これまで乙種第４類の試験対策として法令、物理化学の基礎とやってきましたが、今日からは危険物の性質と火災予防・消火の方法について勉強していきます。
それでは、今日は危険物の分類と各類に共通する性質についてお話しします。
まず、危険物とは消防法別表第一に規定されている物質のことです。
その名前の通り、危ない物質のことですが、この消防法に規定されていないものは危険物にはなりません。
例えば、炭素は可燃性物質なので、燃えます。
燃える物質なので、危ないですよね。
でも、炭素は消防法別表第一に書かれていない物質なので、危険物という扱いにはならないのです。
消防法別表第一に書かれている危険物は第一類から第六類に分類されています。
この６つについてはしっかりと覚えましょう。とても大事なところです。
まず第一類危険物は酸化性固体です。第一類危険物自体は不燃性で萌えません。ただ、第一類の危険物は酸素を多く含んでいます。だから他の物質を強く酸化させる性質を持っています。
そのため可燃物と混ぜて熱や衝撃を当たると、激しい燃焼が起きます。
これがあったら燃焼が起きるという燃焼の３要素があります。
可燃物、酸素供給体、点火源がそうです。このうちの酸素供給体に当たるということですね。
次に第二類危険物は可燃性固体です。第二類危険物は比較的低温でも、火をつけると簡単に燃えてしまう可燃性の固体です。
赤リン、鉄粉などが代表的で、マッチなどの材料に使われています。
次に第三類危険物は自然発火性物質および禁水性物質です。
自然発火性物質は、空気に触れると自然発火するような物質で、禁水性物質は水に触れると発火したり、可燃性ガスを出したりする物質です。
カリウムやナトリウム、黄リンなどが当てはまります。
例も覚えておきましょう。
次に第四類危険物は、引火性液体です。
火をつけると燃える液体のことです。
ガソリンや灯油、塗料などが当てはまります。
第四類危険物に関しては、ほかの動画でも詳しく説明します。
次に第五類危険物は、自己反応性物質です。
自己反応性物質は、酸素を含んでいる可燃性物質です。
つまり、燃焼の３要素である、可燃物と酸素供給体と点火源のうち、可燃物と酸素供給体の二つを含んでいる物質ということです。
ダイナマイトの原料などが当てはまります。
最後に第六類危険物は酸化性液体です。
こちらも第一類危険物と同じく、第六類危険物自体は不燃性です。
しかし、たくさんの酸素を含んでいるので、可燃物と混ぜると激しい燃焼が起こります。
例としては、過酸化水素や硝酸などがあります。
さて、ここからは危険物の状態についてお話しします。
全ての危険物は常温・常圧で固体化液体の物質です。気体のものはありません。
常温とは２０度で常圧とは１気圧のことです。
例えば家でよく使われているプロパンガスは、常温常圧で気体です。
これも燃えるので危ないのですが、気体なので消防法上の危険物にはなりません。
ただし、危険物は常温常圧で固体か液体ですが、温度や圧力が変わると気体になる場合はあるということは知っておいてください。
区分けすると、固体が第一類と第二類で、液体が第四類と第六類で、固体または液体が第三類と第五類です。
覚えておきましょう。
燃焼の仕方についても区分けしていきます。
物質が燃焼するには、可燃物、酸素供給体、点火源が必要です。
可燃物になるのは、第二類と第三類と第四類です。
酸素供給体になるのは、第一類と第六類です。
そして、酸素を供給し、かつ可燃物になるのが、第五類です。
第五類危険物は、空気などから酸素の供給がなくても燃焼するのが大きな特徴ですね。
今回の動画は以上になります。
ご視聴いただきありがとうございました。
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それではまた次回の動画でお会いしましょう。
物理・化学の基礎７
こんにちは、あさとです。
今日も危険物の勉強をしていきましょう。
今日は消火理論についてと消化器と消化剤についてお話ししていきます。
ここも学校では勉強しないところになりますので、動画でしっかりと勉強してほしいと思います。
それでは、スタートします。
まず、消火の３要素についてです。
ほかの動画で燃焼の３要素について勉強しました。
燃焼の３要素は、可燃物、酸素供給体、点火源です。
この３つが揃ったら燃焼が起きます。
逆に言えば、この３つのどれかを取り除いたら消火ができるということです。
可燃物を取り除くことを除去効果、酸素供給体を取り除くことを窒息効果、点火源を取り除くことを冷却効果と言いますs。
これが消火の３要素です。
それぞれについて説明します。
まず除去効果です。
可燃物を取り除く方法で、
ガスの元栓を閉める、ローソクの火を吹いて消すなどがあります。
ガスの元栓を閉めているのは可燃物であるガスを遮断しており、ローソクの火を吹いて消すのは
可燃性の蒸気を息で吹き飛ばしています。
どんな例があるか覚えておいてください。
次に窒息効果です。
これは酸素の供給を断つことで消火する方法で、
アルコールランプに蓋をする、二酸化炭素で燃焼ぶつを覆う、土や砂などの固体で燃焼物を覆うなどの例があります。
どれも酸素の供給を絶っています。
これらの例も知っておいてください。
次に、冷却効果です。
燃焼物が燃えて温度が上がると、その熱が新たな点火源となって、燃焼が続く原因となります。
冷却効果による消火では、燃焼物の温度を下げて点火源となる熱を奪い、燃焼が持続しないようにする消火方法です。
水による消火が例です。あれは点火源となる熱を奪っているんですね。
これも覚えておきましょう。
そして、消火の３要素と違いますが、負触媒効果による消火というものがあります。
これは可燃物の酸化が進まないようにして燃焼を中断させる消火方法です。
ハロゲン化物やリン酸塩類はふ触媒効果を持っているため、消化器の消化剤として用いられます。
この負触媒効果と消火の３要素を合わせて消火の４要素と呼ばれることもあります。
それではここからは消化器と消化剤についてお話ししていきます。
まずは火災にも種類があるということをお話しします。
まず、木材や紙などによる火災を普通火災と言います。次に引火性液体による火災を油火災と言います。
そして電線やモーターなどによる火災を電気火災と言います。
普通火災をA火災、油火災をB火災と言ったりもします。電気火災はC火災とも言ったります。
さて、これらのどんな火災にも効果のある消火剤というのはそんなにありません。
そこでそれぞれの消化剤の特徴を知っておくことは、しっかりと消火を行うために大切です。
消化剤の種類には、水、強化液、泡、ハロゲン化物、二酸化炭素、粉末があります。
ここからは、これらの消化剤について特徴を見ていきます。
まずは水です。
水は、最も手軽に入手できる消化剤です。
比熱と蒸発熱が大きいので、燃焼物や周囲の空気から大量の熱を奪います。このときの冷却効果によって消火が行われます。
また水が蒸発することで、周りの空気の酸素濃度も低くなるので、窒息効果もあります。
水は普通火災の消火に適しており、油火災の消火には適していません。
それは油が水に浮いて、火災が広がる恐れがあるためです。
また電気火災においては水を棒状に放射すると感電の恐れがあるために、適しません。霧状の場合はOKです。
つまり棒状放射の場合は普通火災にのみ使うことができますが、霧状放射の場合は普通火災と電気火災のいずれにおいても使うことができます。
少しややこしいですが、知っておいてください。
次に強化液です。
強化液は水に炭酸カリウムなどのアルカリ金属塩類を加え、消火能力や再燃防止作用を高めたものです。
また、－２０℃でも凍らないので、寒い地域での使用もにも適しています。
その他の特徴は水と変わりませんが、霧状に放射した場合は、負触媒効果によって油火災においても使うことができます。
つまり棒状放射の場合は普通火災にのみ使うことができますが、霧状放射の場合は普通火災、油火災、電気火災のいずれにおいても使うことができます。
次に泡消化剤です。
泡消化剤は燃焼物を泡で覆って窒息効果によって消火するものです。
泡消化剤は普通火災、油傘に適応しますが、電気火災の場合は感電の恐れがあるため適していません。
次に、ハロゲン化物消化剤です。
ハロゲン化消火物は燃焼物を覆って、負触媒効果や窒息効果で消火します。
ハロゲン化物消化剤は油火災と電気火災に適していますが、ハロゲン化物はオゾン層を破壊することから現在では生産されていません。
次に二酸化炭素消化剤です。
二酸化炭素は窒息効果で消火する消化剤です。
油火災に電気火災に適しています。
最後に粉末消化剤です。
これは窒息効果と負触媒効果によって消火します。
これはリン酸アンモニウムと炭酸水素ナトリウムを使ったものがありますが、
リン酸アンモニウムを使った消化剤では、普通火災、油火災、電気火災のいずれにも適応しています。
つまりA,B,Cのいずれの火災にも適応しているので、ABC消化器と呼ばれます。
家庭用の小型消化器は多くがABC消化器です。
炭酸水素ナトリウムを使ったものは油火災、電気火災には適応していますが、普通火災には適応していません。
ここを覚えておいてください。
どの消化剤がどの火災に適応しているのかは重要なので、ぜひ覚えてください。
以上で、物理・化学の基礎についての講義を終わります。
一度ではなかなか理解できないところもあると思いますので、何回も動画をみて復習して欲しいと思います。
ご視聴いただきありがとうございました。
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それではまた次回の動画でお会いしましょう。
物理・化学の基礎６
こんにちは、あさとです。
今日も危険物の勉強をしていきましょう。
今日は燃焼についてお話ししていきます。
化学・物理の基礎ですが、この燃焼に関しては学校では勉強しないところなので、この動画でしっかりと勉強していって欲しいと思います。
それでは、スタートします。
まず、燃焼とは何かというところですが、燃焼とは簡単に言えば物が燃えることです。
正確に言えば、物質が熱と光を出しながら酸化することです。
熱と光を出さない酸化、例えばさびなどの現象は、燃焼ではないです。
燃焼が起こるためには、必要になる３つの要素があります。
それが、可燃物、酸素供給体、点火源です。
例えばローソクに火をつけるためには、ローソクのロウと空気とマッチやライターが必要です。
ローソクのロウが可燃物で、酸素供給体が空気、そしてマッチやライターが点火源です。
これらの３つが揃って初めてローソクは燃えます。
可燃物は木や石炭、ガソリンなど燃えるものはなんでも可燃物です。詳しくいうと、酸素と化合する物質であればほとんどが可燃物です。
すでに酸化している酸化物や窒素などは酸素と反応しないため可燃物では不燃物となります。
酸素供給体で一般的なのは空気です。空気には酸素が含まれているので、酸素供給体なのです。
ほかには第一類危険物や第六類危険物のような酸化性物質や第五類危険物のような可燃物自体が酸素を含んでいる物質もあります。
点火源はマッチやライターの他に、静電気や火花、摩擦熱なんかがあります。
ここからは燃焼と一言でいっても様々な燃焼があるので、それらについてみていきしょう。
まず気体の燃焼についてです。
気体の燃焼には定常燃焼と非定常燃焼があります。
定常燃焼は炎の状態が安定していて制御できる燃焼のことです。
都市ガスやプロパンガスなど、家で使うようなガスのことですね。
一方非定常燃焼は爆発や爆発的に燃焼のことです。
ガソリンエンジンの内部で起こる燃焼などが例になります。
次に液体の燃焼についてです。
液体は、液体のまま萌えるのではなく、液体の表面から蒸発したじょうきが燃焼します。
これを蒸発燃焼と言います。
例としてガソリンや灯油、アルコールの燃焼などがあります。
蒸発燃焼は重要なので覚えておきましょう。
次に固体の燃焼です。
固体の燃焼には、分解燃焼、自己燃焼、表面燃焼、蒸発燃焼の４種類があります。
分解燃焼は可燃物が熱によって分解し、その時に生じる可燃性ガスが燃焼することです。
例として木材や石炭の燃焼があります。
次に自己燃焼です。内部燃焼とも言います。
可燃物自体が酸素を含んでおり、自己反応によって燃焼するものです。
例としてセルロイドの燃焼があります。これは第五類の危険物です。
次に表面燃焼です。
これは可燃性の固体が蒸発も分解もせずに、固体の表面で燃焼するものです。
例として木炭やコークスの燃焼があります。
最後に、蒸発燃焼です。
液体の燃焼のところでも出てきましたね。
固体が熱によって誘拐し、さらに蒸発して気体に変わり燃焼します。
例として、硫黄の燃焼があります。
ここまで気体・液体・固体それぞれの燃焼についてお話ししました。
ここからは完全燃焼と不完全燃焼についてお話しします。
炭素を燃焼して二酸化炭素が発生したり、炭化水素が燃焼して二酸化炭素と水が発生したりと二酸化炭素が発生する燃焼を完全燃焼と言います。
一方、酸素の供給が不十分で炭素や炭化水素を燃焼すると、一酸化炭素が発生します。このような一酸化炭素を派生する現象を不完全燃焼と言います。
さて次に、燃焼しやすい条件についてお話しします。
物質の燃えやすいかどうかには色々条件があります。
物質が燃えやすくなる条件を見ていきましょう。
ここは重要なので覚えてください。
まず、燃えやすいものは酸化されやすいという特徴があります。
燃焼は酸化反応の一種なので、酸化されやすいものほど燃えやすくなります。
次に、酸素との接触面積が大きいです。
反応できる面積が大きい方が、反応が起こりやすいですよね。
木材は塊よりも、細かく切った方が燃えやすくなります。
次に、熱伝導率が小さいです。
熱伝導率が小さいというのは熱が逃げにくいということなので、熱が1箇所に集まりやすく、結果的に燃えやすくなります。
次に発熱量が大きいです。
燃焼によって発熱が大きければ、燃焼をさらに促します。
次に、乾燥しているです。
水分が少ないものほど、燃えやすいです。
これは経験的にわかると思います。
次に、可燃性ガスを発生しやすいです。
加熱されて可燃性ガスを多く発生すれば、その可燃性ガスは燃えるので、さらに物質が燃えやすくなりますよね。
最後に周囲の温度が高いです。
周囲の温度や、可燃物の温度が高いほど物質は燃えやすくなります。
これも当たり前といえば当たり前ですね。
さて、次に引火点について見ていきます。
液体が燃焼するには、蒸気が出ていないといけないという話がありましたよね。
液体の温度が低いと、蒸気の量は少ないです。一方液体の温度が高いと蒸気の量は多いです。
蒸気が燃焼に必要な濃度になったときの液体の最低温度を引火点と言います。
つまり、火を近づけると燃える温度ということです。
引火点に似ている言葉で発火点という言葉があります。
発火点は、点火源がなくても自ら発火や爆発を起こすときの最低の温度です。
火を近づけなくても温度が上がれば発火や爆発をするなんて怖いですね。
引火点についても発火点についても物質によって温度が違いますが、どちらも温度が低い方が危ない物質ということになります。
温度が低くても発火したり爆発したりするということですからね。
次に自然発火についてです。
空気中で常温の状態にある物質が加熱しないのに自然に発熱し、その熱が蓄積されて発火点に達し、燃焼を起こす現象を自然発火と言います。
周りの温度に関係なく、自然に発火するというところが怖いですね。
カイロを思い浮かべてみるとわかりやすいかもしれません。
カイロって何もしなくても勝手に暖かくなってきますよね。
あれは燃えませんが、あれがどんどん暖かくなって自然に燃えるみたいなイメージです。
次に燃焼範囲についてです。
ガソリンなどの可燃性の液体は液体表面から発生する蒸気が薄いと引火しませんが、反対に蒸気が濃すぎても引火できません。
蒸気と空気の割合が一定の範囲にあるときだけ点火すると燃え始めます。
このときの空気中の蒸気濃度の範囲を燃焼範囲と呼びます。
例えばガソリンの燃焼範囲は1.4～7.6%です。この割合は体積の割合です。
1.4%以下で燃焼しないのは、可燃性の蒸気が少なければ燃えないからですね。
7.6%以上で燃焼しないのは、空気が少なくなるからです。
燃焼には３つ必要だという話をしましたが、可燃物と酸素供給体と点火源が必要です。
可燃性の蒸気が7.6%以上だと、酸素供給体である空気が少なくて燃焼できないのです。
だから燃焼範囲には上限と下限があるのです。
例として問題を解いて見ましょう。
燃焼範囲が1.5～7.0vol%の可燃性蒸気がある。この蒸気10Lを200Lの空気と混合させて点火すると、燃焼が始まるか？
では、可燃性蒸気の濃度を求めてみます。
可燃性蒸気が１０Lで全ての気体を合わせると、可燃性蒸気１０Lと空気が２００Lあるので２１０Lです。
蒸気濃度は１０Lわる２１０Lで約４.８vol％となるので、1.5~7.0%の間に入っています。
だから燃焼が始まるということができます。
こういう計算ができるようにしておくといいですね。
次に、危険物の危険性を比較する数値について簡単に紹介します。
ここも重要なので、覚えてください。
数値が大きいほど危険なことを表す指標は、
燃焼範囲、燃焼速度、蒸気圧、燃焼熱、火災伝播速度です。
燃焼範囲は広い方が危ないですし、燃焼速度は早い方が危ないですよね。
次に数値が低いほど危険なことを表す指標は
引火点、発火点、燃焼範囲の下限値、最小着火エネルギー、電気伝導度、沸点、比熱です。
たくさんの指標を使って、物質が危ないかどうかを管理しているんですね。
最後に混合危険についてお話しします。
２種類以上の物質を混合すると発火や爆発の恐れがあることを混合危険と言います。
混合危険には、
酸化物質と還元物質との混合、
酸化性塩類と強酸との混合、
複数の物質が接触して化学反応を起こし、爆発性物質が生成される混合
などの場合があります。こういった混合危険性のある物質には、混ぜるな危険といった注意書きがしてあります。
以上が燃焼についてです。
学校ではなかなかやらない内容なので、動画を何回も見て勉強してほしいと思います。
ご視聴いただきありがとうございました。
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それではまた次回の動画でお会いしましょう。
物理・化学の基礎５
こんにちは、あさとです。
今日も危険物の勉強をしていきましょう。
今日は酸化と還元について、化学変化と熱について勉強していきます。
まず酸化と還元についてです。
物質が酸素とくっつくことを酸化といい、酸化によってできた物質を酸化物と言います。
例えば鉄が酸化すれば酸化鉄ができます。酸化鉄が酸化物になるということです。
物質によっては酸化が急激に進行して、その時に発熱と発光が起きる場合があります。このことを燃焼と言います。
酸化の例のとしては、先ほどの鉄と酸素が反応して酸化鉄になるという反応だったり、炭素と酸素が反応して二酸化炭素になったりする反応だったりがあります。
逆にこの酸化物から酸素が失われることを還元と言います。
二酸化炭素が熱せられた炭素に触れて一酸化炭素になるという反応が還元の例です。
ここで一つ押さえておきたいのは、酸化と還元は必ず同時に起こるということです。
二酸化炭素と炭素が反応して一酸化炭素ができるという反応では、二酸化炭素から見れば、くっついている酸素が２個から１個に減っているので、還元です。
しかし、炭素から見ればくっついている酸素が０個から１個に増えているので酸化ということができます。
酸化と還元は必ず同時におきていることは大事なので覚えておいてください。
酸化と還元は、広い意味では水素と関係する化学反応でも使われます。
水素の場合は水素を失うことを酸化、水素とくっつくことを還元と言います。
酸素の場合と逆ですね。
例としては硫化水素が塩素と反応して塩化水素と硫黄ができるという反応があります。
この場合は、硫化水素は水素を失って硫黄になっているので、酸化が起きているのです。
逆に塩素は水素とくっついているので、還元が起きているということができます。
ここでも酸化と還元は同時に起きていることに注意してください。
さて、ここで、酸化剤と還元剤というお話しをします。
酸化剤とは、相手を酸化させる特徴を持った物質です。自分が酸化するのではなく、相手を酸化させるということに注意してください。
逆を言えば、自分は還元されるのです。
酸素が例です。鉄と酸素を混ぜると、酸化鉄ができて鉄は酸化されますよね。酸素は相手を酸化しているので酸化剤ということになります。
還元剤とは、相手を還元させる特徴を持った物質です。こちらは自分が酸化されるという特徴を持っています。
例としては水素、一酸化炭素、ナトリウムなどが例です。
酸化剤と還元剤という言葉がどういう意味なのかをしっかりと覚えておいてください。
さて、ここからは化学変化と熱についてです。
物質がくっつくことを化合といい、物質が離れることを分解と言います。
このような化合や分解などの化学反応が起きるときは、大抵の場合、熱の発生や吸収が起こります。
この時の熱量を反応熱と言います。
反応熱には、４種類あります。
まず、燃焼熱です。
これは１モルの物質が燃焼する時の反応熱です。
次に生成熱です。
これは複数の単体の物質が化合して１molの化合物ができるときの反応熱です。
先ほどの燃焼熱は1molの物質が燃焼する時の熱ですが、生成熱は1molの物質ができる時の熱です。できるものというところが違うことを押さえておいてください。
次に、中和熱です。
これは酸と塩基が中和され、１molの水ができる時の反応熱のことです。こちらも中和によってできた水が1molの時の反応熱です。
最後に溶解熱です。
これはアルコールなどの溶媒に1molの物質を溶かしたときに発生または吸収する熱量のことです。
こちらは溶かした物質が1molの時の熱量ですね。
これは覚えるしかないので、どんな反応熱の種類があるのかを覚えてください。
次に熱化学方程式について見ていきます。
化学反応によって生じる反応熱は熱化学方程式で表すことができます。
例えば炭素と酸素が反応して二酸化炭素ができる時の熱化学方程式は
C＋O2＝CO2＋３９４kJとなります。これは１molの炭素が完全燃焼して、二酸化炭素と３９４kJの燃焼熱が生じますよという意味です。
＋３９４kJの発熱があるということですね。
このような熱化学方程式は覚える必要はないです。
ただ、この式を見てどのようなことが起きているかは分かるようにならなければいけません。
もう一つ例を見て見ましょう。
窒素と酸素が反応して一酸化窒素ができる反応です。
これはN2+0２＝２NO－１８０kJとなります。
先ほどの炭素と酸素の反応だと＋３９４kJの熱が出ていたということですが、
今回の反応は－１８０kJの熱が出ている、つまり、１８０kJの熱が失われているという意味です。
このように熱が失われる反応もあるのです。
そして、熱が失われる反応を吸熱反応、逆に熱が放出される反応を発熱反応と言います。
すごく大事なポイントです。覚えておきましょう。
次に、物質の反応熱を求める決められた方を紹介します。
問題で出ることもあると思うので、ぜひ理解してください。
それが、反応熱＝生成物の生成熱の和ー反応物の生成熱の和という式です。
例としてメタンと酸素が反応して二酸化炭素と水ができるという反応を見ていきましょう。
CH4＋２O2がCO2＋２H2Oという化学反応式になります。
ここでいうCO2と水が生成物できる。最終的に生成されるものですね。
一方メタンと酸素は反応物です。反応するものですね。
ここで各物質の１モルあたりの生成寝るはメタンが７５kJ、二酸化炭素が３９４kJ、水が２８６kJとします。
この時に注意して欲しいのが、単体の物質の生成熱はゼロということです。
だから今回の場合酸素の生成熱はゼロです。
生成物の生成熱は二酸化炭素の生成熱と水の生成熱の和です。
今回の場合、二酸化炭素は１モル、水は２モルできているので、１かける３９４kJ＋２かける２８６KJとなり、生成物の生成熱は９６６kJとなります。
次に、反応物の生成熱は、メタンの生成熱が７５kJで酸素の生成熱は0kJなので、合計で7５kJです。
最後に生成物の生成熱の合計から反応物の生成熱の合計を引くと、９６６kJー７５kJで８９１KJとなります。
これがメタンと酸素から二酸化炭素と水ができる反応の燃焼熱です。
熱化学方程式にすると
CH4+2O2＝CO2＋２H”O＋８９１kJとなります。
次にヘスの法則について話しします。
ヘスの法則とは、反応物が生成物になるときの反応熱は途中の経路にかかわらず一定ということです。
よくわからないと思うので、例を用いて説明します。
まず炭素から一酸化炭素ができる時の熱化学方程式は
C＋1/202＝CO＋１１１kJです。次に一酸化炭素から二酸化炭素を生成する時の熱化学方程式は
CO＋1/2O2=CO2+283kJとなります。
ここで炭素から二酸化炭素になる時の熱化学方程式は
C+02＝CO2＋３９４kJとなります。
ここで見て欲しいのは炭素から一酸化炭素になり二酸化炭素になる場合の反応熱は１１１kJと２８３kJで合わせて３９４kJです。
一方炭素からいきなり二酸化炭素になる反応の反応熱も３９４kJです。
このようにどのような反応を辿っても、最初の物質と最後の物質が同じなら反応熱の合計は同じになるのです。
これがヘスの法則です。
こちらも大事な法則なので、覚えておいてください。
今回は以上です。
今回勉強した内容は、動画を何回か見た後、問題を解くとさらに理解が深まると思うのでぜひ問題を解いてみてください。
それではご視聴いただきありがとうございました。
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それではまた次回の動画でお会いしましょう。
物理・化学の基礎４
こんにちは、あさとです。
今日も危険物の勉強をしていきましょう。
今日は中和について、金属とハロゲンについて、そして有機化合物についてお話しします。
まず、中和についてです。
中和の話の時にまず欠かせないのが、酸と塩基です。
酸とは、水に溶けた時に水素イオンH+を出す物質です。
酸には、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸などがあります。名前の最後に酸がついていますね。
次に塩基です。別名アルカリとも言います。
塩基とは、水に溶けた時に、水酸化物イオンOH -を出す物質です。
塩基には、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、アンモニアなどがあります。
酸の特徴は水に溶けて水素イオンを出す以外にもあるます。
例えば青色リトマス試験紙が赤くなります。これは知っている人も多いですよね。
ほかにも酸っぱい味がするとか、
亜鉛や鉄などの金属と反応して水素を発生するというのもあります。
塩基の特徴は水に溶けて水酸化物イオンを出すというもの以外にも、
赤色リトマス紙が青くなったり、苦味があって、触るとヌルヌルするという特徴があります。
ここで中和について話をします。
中和とは先ほどお話しした。酸と塩基が混ざることで塩と水ができる反応のことです。
例えば塩酸と水酸化ナトリウムを混ぜると、塩化ナトリウムと水ができます。
塩酸が酸で水酸化ナトリウムが塩基です。この二つを混ぜることで水酸化ナトリウムと水ができるわけですが、この場合は塩化ナトリウムが塩です。
酸と塩基を混ぜることで、酸の特徴も塩基の特徴も失われます。
次にpHについてお話しします。
酸性は酸性でもどれくらい強い酸性なのか、塩基性またはアルカリ性とも言いますが、アルカリ性がどれだけ強いのかということを表すのが水素イオン指数というものです。
この水素イオン指数をpHと言います。
pHの値は０～１４まであります。
pH０～７未満であれば酸性、pH７なら中性、pH７～１４がアルカリ性です。
また酸性は酸性でも０に近ければ近いほど強い酸性で、７に近ければ近いほど弱い酸性です。
またアルカリ性はアルカリ性でもpH１４に近ければ近いほど強いアルカリ性でpH７に近ければ近いほど弱いアルカリ性です。
ここは大事なので覚えてください。
それではここからは金属とハロゲンについてお話しします。
まず金属についてです。
元素は、金属と非金属に分けることができます。
そして、金属には次のような性質があります。
金属光沢がある、熱や電気をよく伝える、ほとんどの金属は常温で固体である。例外は水銀。一般に融点は高い、ほとんどの金属は比重が１よりも大きく水余地思い。ただし、リチウムやカリウム、ナトリウムは比重が１より小さく水より軽い。水に入れると電子を失い、陽イオンになる。
これらが金属の特徴です。ここは覚えましょう。
金属のうち比重が４より大きいものを重金属、小さいものを軽金属と言います。
重金属は白金・金・水銀・鉛・銀・銅・ニッケル・鉄・亜鉛などがあり、軽金属はアルミニウム・マグネシウム・カルシウム・ナトリウム・カリウム・リチウムなどがあります。
ニッケルは別ですが、カタカナで書くものは大体軽金属で感じで書くものは大体重金属ですね。
次にイオン化傾向についてです。
金属の特良のところで水に入れると電子を失い陽イオンになりやすいという話をしました。
金属によって陽イオンになりやすさが違います。
陽イオンになりやすい順番に金属を並べたのがイオン化傾向です。
それが、リチウム、カリウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄、ニッケル、すず、鉛、水素、銅、水銀、銀、白金、金の順番です。
リチウムが一番イオンになりやすく、金が一番イオンになりにくいです。
覚え方はりっちゃん貸そうかなまああてにするなひどすぎる借金という覚え方があります。
元素記号をかけないと難しいですが、元素記号をかける方はすでに覚えている人も多いと思います。
もちろん覚えた方が良いのは間違いないですが、まだ覚えていない人は他のところを勉強して余裕があったらおぼて欲しいと思います。
イオン化傾向が大きいものほど腐食が早いということを知っておいてください。
次にアルカリ金属についてです。
暑仮金属はイオン化傾向が大きく、常温で水と反応して水素を発生します。
水溶液は強いアルカリ性になるという特徴を持っています。
アルカリ金属はリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムがありますが、リチウム、ナトリウム、カリウムを覚えておけば十分です。
次にハロゲンについてです。
ハロゲンは水に溶けて陰イオンになりやすいという特徴があり、強い酸性になります。
また、水素や金属と反応しやすく、消化剤として使用されるものもあります。
この４つはハロゲンというグループに属していることを覚えておいてください。
それではここからは有機化合物についてお話ししていきます。
有機化合物とは炭素を含んでいる化合物のことです。逆に無機化合物は炭素を含まない化合物のことです。
ただし、二酸化炭素、一酸化炭素、炭酸ナトリウムに関しては炭素を含んでいても無機化合物なので例外として覚えておいてください。
有機化合物の例をあげてみます。
メタン、エタン、ベンゼン、酢酸、アセトン、メタノール、エタノール、アニリン、ほかにもたくさんあります。
このように有機化合物は炭素以外に水素、酸素、窒素などから構成されていることが多いです。
その中でも特に炭素と水素だけで構成されているものを炭化水素と言います。メタンやエタンやベンゼンなどですね。
ほかにも有機化合物の性質をあげてみます。
まず、一般に可燃性で空気中で燃えて二酸化炭素と水を生じます。
次に、水には溶けにくいものが多いですが、アルコールなどの有機溶媒にはよく溶けます。
次に、融点が低く、熱に弱いです。
次に、電気を伝えない、または非電解質のものが多いです。
非電解質とは、溶液が電気を伝えないもののことです。逆に電解質は溶液が電気を伝える物質のことです。
次に、結合の仕方によって鎖式化合物と環式化合物に分類することができます。
鎖式とは、炭素が鎖状に繋がっているもので、エタノールなどが例ですね。環式とは炭素が環状に連結されていてベンゼンなどがそうですね。
今日はここまでになります。
化学をやったことがある人には分かる内容かとは思いますが、
やったことのない人は１回みただけじゃよくわからないと思うので、動画を見返して理解していただければと思います。
ご視聴いただきありがとうございました。
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それではまた次回の動画でお会いしましょう。
物理・化学の基礎３
こんにちは、あさとです。
今日も危険物の勉強をしていきましょう。
今日は、物質の成り立ち、物質の変化、原子の構造というテーマでお話しします。
化学の基礎的なところなので、しっかりと抑えてほしいと思います。
それではスタートします。
まず元素についてです。
元素は物質を構成している基本的な成分のことです。
元素は全部で100個以上あります。
例としては、水素、炭素、酸素、窒素、鉄、と聞いたことがありますよね。
これらの元素を簡単な記号で表したものを元素記号と言います。
先ほどの例で言えば、水素はH炭素はC酸素はO窒素はN鉄はFeと書きます。
この例で挙げた元素記号は覚えておくと良いと思います。
次に原子と分子についてお話しします。
１種類の物質をどんどん細かくしていくと、最後にはそれ以上細かくならない微粒子になります。
この微粒子を原子と言います。原子は物質を構成する最小単位です。
そして、この原子が集まってできたものを分子と言います。
例えば水の分子は原子の水素２個と酸素１個が集まってできています。
また空気中にある酸素は酸素原子が２つ集まって酸素分子という形で存在しています。
分子はよく分子式で表されます。分子式とは、元素記号と数字を組み合わせたものです。
水は水素原子２つと酸素原子１つが集まってできたものです。
水素の元素記号はHで酸素の元素記号はOなので、水はH2Oと表されます。
酸素分子は酸素原子が２つ集まってできたものなので、0２と表されます。
ほかにも二酸化炭素は炭素原子１つと酸素原子が２つ集まってできるので、CO2と呼ばれます。
こういう呼びかたを聞いたことがある人もいると思います。
さて次に物質の種類についてお話しします。
ここは重要です。
先ほど、水はH2O、酸素は0２という風に物質を化学式で表しました。
酸素のO2などのように１種類の元素だけでできた物質を単体と呼びます。
ほかには、鉄などがFeと表されるので単体になります。
そして水のH2Oなどのように、２種類以上の元素が化学的に結合してできた物質のことを化合物と言います。
CO2と表記される二酸化炭素も２種類の元素が化学的に結合しているので、化合物です。
単体と化合物のことをまとめて、純物質と言います。
次に、この純物質が混じり合った物質を混合物と呼びます。
例えば空気は混合物です。
空気は窒素と酸素と二酸化炭素など様々な純物質が混ざってできています。
一言で物質といっても、様々な種類分けができるということを覚えておいてください。
構成元素が同じで、原子の結合の仕方が違うために化学的な性質が異なる単体の物質を同素体と言います。
例としては酸素とオゾンがあります。空気中にある酸素0２とオゾン層で有名なオゾン0３はどちらも原子として酸素原子0を持っていますが、原子の結合の仕方が違うので性質が大きく違います。
ほかにも、ダイヤモンドと黒鉛もそうです。
ダイヤモンドも鉛筆の芯に用いられている黒鉛もどちらも炭素原子からできています。
でも、炭素原子同士の繋がりかたが違うので、全く違う性質を持っています。値段も全く違いますよね。
ほかには黄リンと赤リンがあります。
また、分子式は同じで化学構造が違うために化学的性質が音なる化合物を異性体と言います。
例えばエタノールとジメチルエーテルはどちらも分子式で表すとC2H6Oと書くことができます。
しかし化学構造が違うんですね。
同素体と異性体の違いは元素１つか２つ以上かというところです。
同素体は元素一つしか使われていません。例えばダイヤモンドも黒鉛も炭素だけしか持っていませんよね。
でも、エタノールとジメチルエーテルはどちらもC2H6Oと書くことができるので、炭素と水素と酸素を使っているのです。
使っている元素の数で見分けるのがオススメです。
次に、物質の変化についてです。
変化は大きく二つに分けられます。
一つは物理変化でもう一つは化学変化です。
物理変化は物質がぶつの物質に変わるのではなく、状態や形状が変化することです。
例としては水が氷になったり、ドライアイスから二酸化炭素になったり、炭酸ナトリウムの決勝がボロボロに崩れたりすることです。
これに対して化学変化はある物質が別の物質に変化することです。
例えば水は水素と酸素からできるので、水素と酸素が水に変わるというのは化学変化というわけです。
この化学変化には大きく４種類あります。
まず化合。これは２種類以上の物質から化合物ができる化学変化です。
例としては炭素と酸素から二酸化炭素ができるような反応です。
次に分解。これは化合物を２種類以上の構成要素に分ける化学変化のことです。
例としては水を水素と酸素に分ける反応があります。
次に置換。これはある化合物に含まれている成分が別の成分に置き換わる化学変化のことです。
例としては、亜鉛と硫酸が硫化亜鉛と水素になるといったような反応が挙げられます。
最後に複分解。これは２種類以上の化合物が違いの成分を交換して、それぞれ別の化合物に変化する化学変化です。
例としては、食塩と硫酸を混ぜると、硫酸ナトリウムと塩化水素になるという反応があります。
こういうそもそもの物質の化学構造が変わるものを化学変化と呼びます。
この動画の最後に原子の構造についてお話ししていきます。
原子は、中心にある原子核とその周りを回っている電子で構成されています。
原子核にある陽子の数でなんの物質になるかが決まっています。
例えば陽子の数が１個なら水素ですし、陽子の数が８個あれば酸素になります。
普通は原子がある時に陽子と電子の数は一緒です。
水素なら陽子が１つ電子が１つあるのです。酸素なら陽子が８個、電子が８個あります。
陽子は別名プラスイオンとも言われ、プラスの性質を持っており、電子は別名マイナスイオンとも言われ、マイナスの性質を持っています。
陽子と電子が同じ数あるということはプラスとマイナスが同じ数だけあるということなので、電気的に中性なのです。
しかし、原子から電子が取れたり、逆に電子がくっついたりすることがあります。
その状態のものをイオンと呼びます。
例えば水素原子から電子が取れると、陽子が１つ電子が０個となります。なのでプラス１マイナス０となり全体としてプラス１なんですね。
だから水素原子から電子が一つとれた状態をHプラスと書いて、水素イオンと呼びます。
逆に電子がつくパターンもあります。
例えば塩素です。
塩素に電子がつくと、塩素の陽子よりも電子が一つ多いので、全体として一つマイナスになります。
塩素の元素記号はClなので、電子が一つ多い塩素はClマイナスと書き、塩化物イオンと呼ばれます。
塩化イオンじゃなくて、塩化物イオンなんですね。
次に、原子量と分子量についてお話しします。
原子を構成している陽子や中性子や電子の数は元素の種類によって違います。そのため、原子１個の大木や重さにも元素によって違いがあるのです。
元素ごとの原子の質量の違いは原子量というものを用いています。
これは炭素の質量を１２と決めて、それに合わせて他の原子の質量を表しています。
原子量の例としては酸素が１６、水素が１です。
これは炭素の質量を１２とすると、酸素は１６ですし、水素は１ですということです。
炭素に比べて、酸素は少し重いし、水素は少し軽いということですね。
分子量は原子量と同じように考えます。
分子量も炭素を１２とした時にどうなるかという指標です。
例えば酸素分子はO2と表します。
Oの原子量は１６でしたよね。だから酸素分子の分子量は１６が２つあると考えて３２です。
ほかにも水はH2Oです。Hの原子量が１、Oの原子量が１６なので、水H2Oの分子量は！かける２たす１６で１８となります。
次にモルと言われるものを紹介します。
炭素の原子量は１２でしたよね。この炭素原子をたくさん集めて質量が原子量と同じ１２gになるときの炭素原子の数を1モルにします。
つまりmolとは個数のことです。そして1molは6.02かける10の23乗個の決まっています。この数字をアボガドロ定数と言います。
だから炭素原子を6.02かける10の23乗個集めると、そのときの質量は12gになるということなんですね。
6.02かける1023乗個ってめちゃくちゃ多いですよね。10の23乗という数字にピンとこない方もいると思いますが、めちゃくちゃ多い数なんですよ。
原子または分子が1molあると、そのときの質量は原子量にgをつけたものになります。
水分子がアボガドロ定数個あると、質量は１８gですし、酸素分子がアボガドロ定数個あると、質量は３２gです。
今日は化学の基礎的なところを勉強してきました。
この動画を見た上で問題を解いてみると、理解が深まると思います。
化学の基礎なので、ぜひ抑えて欲しいと思います。
ご視聴いただきありがとうございました。
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それではまた次回の動画でお会いしましょう。
物理・化学の基礎２
こんにちは、あさとです。
今日も危険物の勉強をしていきましょう。
今日は、密度について、熱量について、熱の移動について、静電気についてお話しします。
内容は多めですが、大事なところだけを絞ってお伝えしていくので、ぜひ最後まで見ていってください。
それでは、スタートします。
まず密度についてです。
密度とは、物質の質量を物質の体積で割った値のことです。
例えば4gの質量で2cm3の体積を持った物質があるとします。
この物質の密度は、4gわる2cm3で2g/cm3ということになります。
ちなみに水は4℃の時密度が1g/cm3になります。
水に浮くか、沈むかというのはこの密度によって決まります。
水に浮くものは水よりも密度が小さいもの、水に沈むものは水よりも密度が大きいものです。
４℃の水の密度が１なので、４℃の水に浮くものは密度が１よりも小さく、４℃の水に沈むものは密度が１よりも大きいということになります。
次に比重についてお話しします。比重と言うのは体積が同じときに４℃の水と比べて物質の重さが何倍かを示す値のことです。
式は、物質の質量わる同じ体積の４℃の水の質量です。
先ほどの浮くか沈むかと言う話は、比重が１より小さければその物質は４℃の水に浮き、比重が１より大きければその物質は４℃の水に沈むと言うこともできます。
さて、液体だけではなく気体にも密度と比重はあります。
この時の密度を蒸気密度と言います。
気体の質量を気体の体積で割った値です。先ほどの密度の単位はg/cm3でしたが、今回の単位はg/Lです。気体になると体積が大きくなるのでLを使うことが多いんですね。
さて、気体の比重は蒸気比重と言います。
先ほど、比重を求めるときに４℃の水の質量を使いましたが、ここでは０℃の１気圧の空気の質量を使います。ここで言う１気圧とは１０１３hPaのことです。
一応知っておくとよいでしょう。
密度については質量わる体積で値が出てくるということを知っておいてください。
それでは次に、熱量についてです。
物体を熱したり、冷やしたりするときに物体に出入りする熱の量を熱量と言います。
熱量の単位はジュールと言います。またカロリーと言うこともあります。
１カロリーは約4.2Jです。
次に比熱です。
比熱とは物質1gの温度を1℃上げるために必要な熱量のことです。
単位はJ/g・Kです。
例として水の比熱は4.2J/g・Kです。水1gの温度を1℃あげようと思うと4.2Jの熱量が必要だということです。
ほかには、銅の比熱は0.38J/g・Kです。つまり銅1gを1℃あげようと思うと0.38Jの熱量が必要なんですね。
これらを比べると、銅よりも水の方が1℃上げるために必要な熱量が大きいです。
つまり、水は温まりにくく、銅は温まりやすいということになります。
これは冷やす時も同様なので、水は温まりにくく冷めにくい、銅は温まりやすく冷めやすいということになります。
実際の生活の中でも体感したことがある人もいると思います。
水は比熱が大きいということを知っておいてください。
次に、熱容量についてです。
比熱は1gの物質を1℃上昇させるのに必要な熱量でしたが、熱容量はある物質を1℃上げるのに必要な熱量のことです。
どういうことかというと、100gの水の温度を変えようと思うと、比熱が4.2J/g・Kなので、100gの水の温度を変えるときに必要な熱量は4.2J/g・Kかける100gで420J/Kとなります。
この値が100gの水の熱容量というわけです。
式にすると、物質の比熱にその物質の質量をかけた値のことを熱量量と言います。単位はJ/Kです。大事なので覚えておいてください。
少し練習をしてみます。
１０℃のエタノール１００gを１５℃まで温まるのに必要な熱量を求めてみましょう。ただし、エタノールの比熱は2.38J/g・Kです。
比熱は物質1gを1℃温めるのに必要な熱量でした。
エタノールが１０℃なのを１５℃にするので、温める温度は１５－１０で５℃です。
エタノール1gをを５℃温めるのに必要な熱量は2.38J/g・Kかける５℃で11.9J/gとなります。
これがエタノール1gを５℃温めるのに必要な熱量です。
エタノールは１００あるので、１１.９J/gかける１００gで１１９０Jとなります。これが１０℃のエタノール１００gを１５℃まで温めるのに必要な熱量です。
次に熱の移動についてです。
熱の移動の仕方には、伝道、対流、放射の３種類があります。
一つずつ説明します。
まず伝道です。
熱が高い方から低い方へ伝わっていくことを電動と言います。必ず高い方から低い方へ伝わることを覚えておいてください。
熱の伝わりやすさは物質によって違います。
金属の方が金属じゃないものよりも伝わりやすいです。
また、固体の方が液体よりも伝わりやすいです。気体ではなかなか熱が伝わりません。
この伝わりやすさを表すのが熱伝導率です、
例えば銅の熱伝導率は0.92ですが、水の熱伝導率は0.0014です。熱は固体の方が液体よりも伝わりやすいのがわかりますよね。
次に対流です。
対流は液体や気体の内部で、温度差による流れが起きる現象のことです。
流れが起きるというのが伝道と違うところですね。
次に放射です。これは別名輻射とも言い、熱せられた物体が出す放射熱によってほかの物体に熱が伝わることです。
太陽によって地球が熱せられるのもこの放射です。
それでは次に熱膨張についてお話しします。
物体は温度が高くなると体積が増えます。
これを熱膨張と言います。
熱膨張には２種類あり、それが線膨張と体膨張です。
線膨張は、棒状の固体の長さが温度の上昇により、変化することで、体膨張は物質の体積が温度の上昇によって変化することで。
そして体積の増加分は元の体積かける温度の増加分かける体膨張率で計算することができます。
最後に静電気ついてお話しします。
静電気を感じたことがある人は多いと思います。
あれ、二つの物質を摩擦したときなどに、物質の表面で発生する電気のことです。
物質に静電気がたまることを帯電と言います。
静電気は一般的に電気を伝えにくい物質ほど発生しやすくなります。
また液体でも帯電します。そのためガソリンがホースに流れるときやタンク内の揺れによっても帯電します。
特に第四類危険物の石油類は静電気が発生しやすいので注意が必要です。
静電気だけでは火災にはならないですが、帯電した静電気が何のきっかけで放電されると、電気火花が発生し、引火や爆発につながるので注意が必要です。
では、どんな注意が必要なのかをお話しします。
まず必要なのは、接地つまりアースです。
これは帯電しやすいものを導線で大地に接続しておくことです。これによって静電気を逃がすことができます。
次に、湿度を上げることです。
静電気は湿度が低いと発生しやすいので、湿度を上げておくと良いです。
最後に流速を制限することです。
配管やホース内を流れる油やガソリンの流速を上げると摩擦で静電気が発生しやすくなるので、流速を小さくすることで摩擦を小さくし、静電気の発生を抑えることができます。
今回はたくさんのテーマについてお話しをしてきました。
大事な点がたくさんあるので、動画を何回も見直して勉強してほしいと思います。
ご視聴いただきありがとうございました。
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それではまた次回の動画でお会いしましょう。
