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水とは何か?解明までの道のり(単位、重量比、体積比とは)

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水とは何か?解明までの道のり(単位、重量比、体積比とは)
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さて、みなさんは料理をしたりしますか?

作ったことはあるけど、頻繁に作らない方がおそらく半数だと思います。

なかでも野菜や調味料をしっかり量りながら料理を作る方は
さらに少ないのではと考えますが、みなさんはいかがですか?

私も料理は作りますが食べておいしければそれでいいので量ることなどめったになかったり・・・

あ、インスタント麺などは計量カップで量りますね。

お水500CCとか。


さて、今回のお話は19世紀以降、西暦1800年以降の水のお話をします。


実は前の記事では18世紀以前のお話をしたのですが、昔は水は万物を形作る要素の
一つと考えられていたのですね。

それが18世紀の末には酸素と水素の化合物が水(H2O)で、万物を形作る元素のひとつ
ではないことがわかりました。

というところでお話は終わったのですが、今回はその続きです。

あ、その前に新しく化合物という言葉が出てきてしまいましたね。

先に化合物と単体について説明しましょうかと思いましたが・・・

後にしましょうね。

今説明してもややこしいばかりですので後で説明します。


19世紀の初めに水素と酸素が重量比1:7で反応する、燃焼することがわかりました。

実はこれは大ウソで重量比は1:8と後に修正されます。



重量比とは重さの比較のことです。

例えば
体重50kgの人(A)と100kgの人(B)の重量比は1:2です。

これは、Aの人の重さを基準となる数字1とした場合、Bの重さはAの2倍ですよ、という意味です。

これが水素を基準1としたら酸素は水素の倍の8重さがあることがわかりました。

その後数年後に酸素と水素は体積比で1:2であることがわかります。



体積比とは目で見える量の比率(比較)ですね。

実は物質は同じ量でも重さは違うのです。

一般的に単位としてcm3(立方センチメートル)、CC(シーシー)、ml(ミリリットル)などが
日常的によく見られるものですよね。

ところで単位って何か知ってますか?

単位と言うのは特定の長さや量、重さなど比率の基準となる物を決めたときに、
何が基準なのかがわかるように記号で区別したもののことです。


例えば
1mという長さは地球の赤道と北極点の間の海抜ゼロにおける子午線弧長距離の
1千万分の1の長さのことです。

海抜とは近くの港から平均海面の高さを基準0とした時の高低差のこと。

子午線弧長とは地球表面の南北方向の側地線の長さのことです。

いろんな基準がありますね。

いやぁ、ややこしい。



ちなみに1cm(センチメートル)のc(センチ)ってどういう意味かわかりますか?

m(メートル)とかの前に付くc(センチ)やm(ミリ)などはそれぞれ
基準単位から何倍かという意味です。

c(センチ)は100分の1、m(ミリ)は1000分の1という意味です。

なぜこんな記号が作られたか?

みなさん小さいものの長さを測るとき、例えば消しゴムの長さを測るとしましょう。

5cm(センチメートル)と言われるのと0.05m(メートル)と言われるのとでは
どちらがわかりやすいですか?

そもそも消しゴムなんて長さ測らないって?

すみません。

ではなくて、0.05とか言われても書くのも面倒であれば見るのも見にくいですよね。

5mm(ミリメートル)や0.5cm(センチメートル)、0.005m(メートル)はすべて長さが同じ
ものを表しているのですが0が増えると見にくくなりますよね。

これを改善するためにc(センチ)とかm(ミリ)とかっていう記号が存在しているのですよ。

ちなみに1000倍はk(キロ)、百万倍はM(メガ)と
順番に1000倍、1000分の1倍と増えていきます。

例外はみなさんがよく使うc(センチ)、あまり聞きなれないd(デシ)は
それぞれ100分の1、10分の1を示しています。

面積を測るときにはよく使いますかね、da(デカ)、h(ヘクト)は
それぞれ10倍と100倍という意味です。

さて、みなさんはcm(センチメートル)とcm3(立方センチメートル)は
何が違うかご存知ですか?

知ってるわ!!バカにするな!って

すみません。



みなさんご存知の通り、cm(センチメートル)は長さ、cm2(平方センチメートル)は
面積、cm3(立方センチメートル)は体積を示す単位ですよね。

ではなぜ2とか3とかの数字が右上に付くのかと言うと、一つはそのまま右にcm2とかcm3と
かくと普通の数字と単位の一部として数字の見分けがつかなくなるからです。


そして2とか3が示すのはその数です。

cm(センチメートル)は長さの単位です。

cm2(平方センチメートル)はなぜ面積の単位かと言うと、
縦の長さと横の長さの割合が面積だからです。

cm2(平方センチメートル)の意味はcm(縦)× cm(横)=cm2(面積)で、
これを面積としたから平方のセンチメートルなんです。

だから4cm2は縦の長さが2cmで横の長さが2cmの場合や、縦の長さが4cmで横の長さが
1cmなど面積は同じでも形は関係ありません。


同様の考え方でcm3(立方センチメートル)は面積(縦cm×横cm)に高さ(cm)が
加わるのでcm3(立方センチメートル)となります。

この縦と横と高さの割合を体積と言います。


私たちが住んでいる世界では三次元世界ですので右側に付く数字は3までなのですが、
もし四次元世界の空間を測るなら右側に4とかの数字が付く日も来るかも知れませんね。



さて、みなさんに質問なんですが、料理で使う計量カップなどのCCっていうのは
どういう意味か知ってますか?


実はcm3(立方センチメートル)を英語で言うとキュービックセンチメートル(cubic centimetre)
といいまして、その頭文字をとったものがCCなんですよ。

というわけで、CCとcm3(立方センチメートル)は全く同じなんですね。

その点ml(ミリリットル)とは単位のでき方が異なるので、現在はcm3(立方センチメートル)と
全く同じですが、昔は厳密には違う量という取り決めだったのですね。

書いたら長くなるのでmlについてはお話しませんが・・・



で、やっと話を戻しましょう。

確か、体積比の話でしたね。

体積比とは目で見える量の比率(比較)のことです。

重さの単位である1g(グラム)とは1cm3(立方センチメートル)の
水の質量を基準としています。

厳密には1L(リットル)の水の重さを1kg(キログラム)とし、その1000分の1の
重さを1g(グラム)としているみたいですが。

ここで重要なのは、あくまで水というものは重さなどの基準になっているということです。

水と言う物質を基準に置くということは、他の物質では重さは違うということです。

例えば
1Lの水と同じ1Lの灯油を同じ入れ物にそれぞれ入れた時、灯油と水は重さが違います。


ちなみにどっちが重いか知ってます?

まぁ、答えは灯油なんですが・・・

分子量の話をするときに機会があればお話しします。
(するのかなぁ・・・)


歴史上、水素と酸素の重量比、体積比がわかった後、
アボガドロって人が分子説という仮説を立てます。

分子説とは同一圧力、同一温度、同一体積のすべての種類の気体には
同じ数の分子が含まれるという法則です。

つまり条件が同じ2種類の純粋な気体だけを比較したら中に含まれる分子は同じという説です。

分子って何?

アボガドロさんが分子説を出したとき、みなさんと同じことを周りの人たちは思ったそうです。

およそ100年くらい信じる人と疑う人にわかれた仮説なんですが、およそ100年後に
分子は存在することが間接的に実証されるそうです。


だから分子って・・・

また説明する機会があると思いますので、その時に・・・


ところでみなさんはアボガドロの法則(分子説)と水素と酸素の重量比が1:8ということと、
体積比が2:1ということから何がわかりますか?


実はですね、体積比が水素と酸素で2:1で反応して水ができていることから、
同一条件下では異なる気体の分子の数は同じ、ということは
酸素をの量を1とした場合、酸素の2倍の量の水素で1つの水と言う物質が
できていることがわかります。


重量比が水素と酸素で1:8ということは、酸素の2倍もの量がある水素の重さは、
その半分の量しかない酸素の8分の1しかないことがわかります。

水素って非常に軽いんですね。


これにより、水素分子(H2)が2つと酸素分子(O2)が一つの割合で
水ができることがわかります。


わかりましたか?

ちょっと難しかったですよね。


ちょっと長くなりすぎたので続きはまた次にします。

続きあるのかよ!!

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