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ドルトンが著した「倍数比例の法則」について詳しく分かりやすく教えてください。

  • 質問者：野本
  • 質問日時：2011-08-10 15:59:03
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回答してくれたみんなへのお礼

とても参考になり、非常に満足しました。回答ありがとうございました。

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回答

紀元前420年頃、デモクリトス（Democritus）は、原子が「破壊も分割も出来ない物質最小の粒子」という考えを示しました。それから2200年後に、ドルトン（John Dalton）は、それまでに知られていた事実と、いくつかの実験結果から、異なる形をした全ての物質を原子の存在によって説明しようとし、結果デモクリトスの原子説に具体的な意味をもたせ、古代ギリシャ時代以来の最も大きな化学への貢献となりました。これがドルトンの原子説と呼ばれるものです。
しかし、それから100年もしないうちに、原子はさらにいくつかの小さな粒子からなるという説が受け入れられる事になります。
　
　
さて、ドルトンは、質量保存の法則、定比例の法則を合理的に説明する為、次の様に理論化しました。
　
①全ての元素は、原子と呼ばれる最小で分割不可能な粒子から出来ている。
②物質は全て、異なる原子が一定の数の割合で結合して出来たものである。
③異なる元素の原子は異なる。
④同じ元素の原子は、大きさ、質量、形が同一である。
⑤化学変化は、原子の集まり方が変わるだけで、原子は無くなる事も、新しく生まれる事もない。
　
　
ドルトンの原子説は、現在の理論の基礎となっていますが、“赤文字”の部分は、既に間違っている事が実証され、このドルトンの理論を修正したものが、現在の原子理論となっています。赤文字部分の補足はページ下の順に見ていくと分かります。
　
※ドルトンの理論における矛盾点の例
気体反応の法則をドルトンの原子説で説明してみます。
例えば、“水素2L”と“酸素1L”から“水蒸気2L”が得られます。これをドルトンの原子説に照らし合わせてみますと、①から、水素と酸素の原子は“最小で分割不可能な粒子”で、④から、“大きさ、質量、形が同一”ですし、⑤から、“原子の集まり方が変わるだけで、原子は無くなる事も、新しく生まれる事もない”訳ですから、本来なら“水蒸気”と“反応しきれなかったもの”が出来る筈なのに、実際は出来ません。
つまり、ドルトンの原子説では“酸素原子が2つに割れてしまう”事になり、説明不可能になってしまうのです。

  • 回答者：匿名希望 (質問から6時間後)
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とても参考になり、非常に満足しました。回答ありがとうございました。
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回答

定比例の法則、倍数比例の法則は「元素は質量の決まった粒（原子）で出来ており、その粒の決まった組み合わせで物質が出来ている」という考え方の出発点になった法則と考えていいでしょう。化学式による物質の表現がまだ使われていないときの話です。ドルトンはこれを元に原子論を組み立てて行ったのです。物質を化学式で表せばこの法則はもう前提になっています。改めて法則の説明をする必要のないものです。

いくつかの解説でＣＯとＣＯ２を例に挙げて説明しているのを見ましたがナンセンスです。

分子の考え方はアボガドロ以後ですからドルトンの段階ではＣ＝１２，Ｏ＝１６という原子量は決まっていません。分子構造も分かりません。分かるのは成分元素の質量比だけです。水がＨ２Ｏであるなんて分からないのです。水素１ｇと反応する酸素は８ｇであるということだけです。倍数比例の法則は同じ元素ＡＢから出来ていてその組み合わせの比率の異なる物質が存在するということを出発点にしていますから構造を考える入り口にもなるものです。

一定量の炭素と結合する酸素の量の比が１：２となる物質があるというだけであればＣＯ，ＣＯ２なのかＣ２Ｏ，ＣＯなのかも分からないはずです。これを決めるためには分子の考え方が必要です。

簡単な化合物で比を決めてみましょう。
（ドルトンの時代にこういう物質の合成、分解が可能であったかどうかはわかりません）
水　水素：酸素＝１：８
メタン　水素：炭素＝１：３
炭酸ガス　炭素：酸素＝３：８
これからすると
水素：炭素：酸素＝１：３：８
です。これから一番の基本になっている水素の粒、炭素の粒、酸素の粒の質量の比が１：３：８であると考えることが出来ます。一番素朴な段階での原子量です。
メタンの完全燃焼では
メタン：酸素：炭酸ガス：水＝４：１６：１１：９
です。メタンの中の炭素が酸素と結合して炭酸ガスに、水素が酸素と結合して水になると考えるとこの比率が出てきます。現在分かっている化学式による計算結果と矛盾は出てきません。
ここで炭酸ガスと成分元素の種類が同じで比率の異なる物質Ａが見つかり一定量の炭素に対する酸素の比率が炭酸ガスの場合の半分だということが分かったとします。（これが倍数比例です。）
上の１：３：８の比率とつじつまが合うように炭素と酸素の比率を考えると、「炭酸ガスがＣＯ、物質ＡはＣ２Ｏ」になります。

  • 回答者：匿名 (質問から3時間後)
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