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ノート:価数

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ノート:価数 この記事は以下の点で正確ではないか間違った記述を含んでいます。

問題点1

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  • 「価数（かすう）とは、金属原子あるいはイオンの酸化状態を知るための目安の値。」
    化学の用語ではイオンの電荷を示す為にイオン価という概念が存在し、そのイオン価の数値を代名詞として指し示す場合に価数という用語を使用します。例)「Ag+イオンの電荷の値は+1である」→「Ag+の価数は+1である」すなわち、価数という語はイオン価の言い回し(レトリック)ですから、記事としてはイオン価の中で言及すべきです。また、酸化数に対しては価数という言い回しをしません。理由は「価数」というのは原子価、イオン価など"number of ~ valence"を日本語的に言い回しているので「価数」と言い表すことができます。しかし、酸化数(oxidation status)の概念とvalenceの概念とは独立しているので酸化数に対して「価数」ということは出来ません。言い換えると「イオン価数」→「価数」と言いまわしているわけで、「酸化数」→「化数」→「価数」とは言いまわすことは出来ません。したがってこの記事の定義は誤りです。
  • 「酸塩基反応においては、1molの酸が放出する水素イオンの数（陽子数）を酸の価数、1molの塩基が受け取る水素イオンの数（陽子数）を塩基の価数とする。」
    根本的にモル当量と価数の意味を取り違えておられます。　価数は1個の原子の状態数です。モル当量は1mol分の化学変化(化学反応)を引き起こす試薬あるいは電荷の量です。したがって、この定義文を正しくするには、「酸塩基反応においては、1molの酸が放出する水素イオンの数（陽子数）を酸の1モル当量、1molの塩基が受け取る水素イオンの数（陽子数）を塩基の1モル当量とする。」としなくてはならず、それでは記事 「価数」の説明文ではなくなってしまいます。この節の定義文として模範的な例を示すとすれば次のようになります。「酸または塩基の中和反応においては、酸(塩基も同様)は多段階電離する為に全てのイオン価が中和に使用されるわけではない。酸(あるいは塩基)の最大イオン価をもって以下のように区分する。言い換えると、n価の酸(または塩基)は最大n個の水素イオンを授受する能力を有する。」
  • 試薬の成分が1種類の物質からできていれば、1個の原子だけでなく試薬全体に対しても価数を設定できると思うのですがどうでしょうか？当量という概念は使われなくなる傾向にある（あるいは、あまり使わないほうが良いと考えられるようになってきている）ので、当量などの概念を使わずに物質量と価数を中心に化学の理論を組み立てる、または物質量と価数をもとにして当量などの概念を定義するほうが良いと思うのですがどうでしょうか？210.161.12.3 2005年1月31日 (月) 12:12 (UTC)[返信]

問題点2

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  • 「酸化還元反応における価数」の節
    前述の通り、定義的に酸化数に対して「価数」という言葉を使用できないはずなので、この節の記事は勘違いです。
  • 「1molの還元剤が放出する電子数を還元剤の価数」
    また、前述通りモル等量関係を表すのに「価数」の概念は使えません。ちなみに1molの電子を与える還元剤の量をいうのであれば「1mol当量(1Eq)」を使うべきです。あるいは1mol還元剤の酸化数をちょうど-1するだけの電子の量は「1ファラデー(1F)」を使うべきです。また電子の移動は1電子移動か電子対移動が素反応であり、結果として素反応の組み合わせて3当量の電子が移動したということは出来ますが、"'n価の酸化剤という区分は化学的な概念を取り違えている間違った用法です。
  • 酸塩基反応は水素イオンのやりとりであり、酸化還元反応は電子のやりとりであり理論的に似ています。酸化剤や還元剤の価数を定義すれば、価数×物質量＝価数×物質量という式で酸塩基反応も酸化還元反応も統一的に表現できると思うのですがどうでしょうか？210.161.12.3 2005年1月31日 (月) 12:12 (UTC)[返信]

以上。 あら金 2005年1月31日 (月) 11:22 (UTC)[返信]

一次回答

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本文とこのノートの210.161.12.3さんの説明を読むと、価数に二通りの意味を持たせている気がします


(あるいはそれは、私が誤解しているのかもしれませんが...)。そこから確認させていただけますか?

  1. 本文の「価数（かすう）とは、金属原子あるいはイオンの酸化状態を知るための目安の値。」という文からは、価数とは個々の原子あるいは分子状態をあらわす数のことを言っていると読みました。
  2. 本文の「1molの酸が放出する水素イオンの数（陽子数）を酸の価数」では価数とは水素イオンの個数のことを言っておられると読みました。
210.161.12.3さんの価数とはそういう二種類の定義を併せ持つ用語なのでしょうか? 私の見解では前者は酸化数と呼びますし、後者で価数といわれている数(すなわち、分子と分子の対応付けの総合計数)がモル当量と呼ぶのだと考えます。差支えがなければ、210.161.12.3さんのモル当量の定義を説明していただけますか? あら金 2005年1月31日 (月) 13:50 (UTC)[返信]
「価数（かすう）とは、金属原子あるいはイオンの酸化状態を知るための目安の値。」というのは、この記事をはじめに書いたDC1394さんの定義です。確かに今読むと後者の「水素イオンの数」という部分は「水素イオンの総数」の意味に取れます。ここは「水素イオンのmol数」と書くべきでした。モル当量という概念は個人的にはあまり使わないのですが、分子と分子の対応付けの総合計数は価数×物質量で表されると考えます。210.161.12.3 2005年1月31日 (月) 23:17 (UTC)[返信]
すこし脱線しますが、「1molの塩基が受け取る水素イオンのmol数（陽子のmol数）を塩基の価数とする。」というのは、何処から引用されましたか? たとえば高校の教科書とかWebとかそういう回答を期待しています。私はこの価数の定義は見たことが無いので、なにを手かが利に説明してよいものやら当惑しています(もちろんこれ以外の価数の定義はみたことがあります)　あら金 2005年2月2日 (水) 04:06 (UTC)[返信]

この定義は自分で考えました。教科書（高校、大学ともに）では価数は自明のものとして扱われていて、価数自体について「厳密な」定義をしているものはあまりないように思います。価数について定義している本やサイトがあれば教えて頂けないでしょうか？210.161.12.3 2005年2月3日 (木) 06:07 (UTC)[返信]

私は「価数」について成書やWebで定義ているものは見たことがありません。岩波・理化学事典には「酸または塩基の価数」(?;ウル覚えで字句は不正確)という見出しは見つけましたが、この記事は用語・概念の「価数」に関して定義した記述は含まれません。 あら金 2005年2月4日 (金) 19:16 (UTC)[返信]

二次回答

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ご回答はまだですが先に進みます、あしからず。化学の量的関係の理論を化学量論といいますが、その基本になっているのが定比例の法則です。すなわち「物質Aと物質Bとが反応し、物質C...などが生成する場合、物質Aに対する物質Bの比は反応スケールを変えても、それぞれの反応式に固有な値をとる」というものです。定比例の法則が発見された頃は「物質Aに対する物質Bの比」というのは質量比でした。ここで物質数を使って比べだ場合、個々の比の値は質量比の場合と物質数比の場合では変わりますが、反応スケールを変えても固有の値をとるというのは変わりません。言い換えると「定比例の法則は質量をつかっても成立しますし、物質数をつかっても成立します」。

その後物質Aに関係する反応について定比例の法則を適用してゆきます。「物質Aに対する物質Bの比α」と「物質Aに対する物質Xの比β」という具合です。そうすると物質数比αと物質数比βの間は簡単な整数比になることがわかります。これがドルトンの倍数比例の法則です。

物質数の倍数比例の法則を満たすモデル体系としてモル当量という概念が生まれました。つまり物質数比において、「酸素1に対してナトリウムは2反応する」とか「酸素1に対してマグネシウムは1反応する」という具合です。倍数比例の法則の例を念頭において、物質Aが酸素、物質Bがナトリウム、物質Xがマグネシウムとして言い換えると「酸素に対してナトリウムは2モル当量反応する」とか「酸素に対してナトリウムは1モル当量反応する」となります。すなわちモル当量というのは物質数比です。

「最近はモル当量は使わない」といわれましたが、それは物質数比をつかうという暗黙の了解のもとに「酸素に対してナトリウムは2モル当量反応する」を「酸素1に対してナトリウムは2反応する」と言い換えているだけでモル当量という概念は存在しています。

また、モル当量は物質数比ですから反応スケールによってその値は大小しません。したがって、反応スケールにより絶対値が変わる「価数×物質量」を使った定義よりもモル当量を使った定義の方が普通の説明だと考えます。つまり「2価の酸は1価の塩基2モル当量と中和する」という言い方の方が「1molの酸が放出する水素イオンのmol数」というような反応スケールにより絶対値が変わる数値をつかうよりも判りやすいと思うのですがどうでしょうか? あら金 2005年2月2日 (水) 15:48 (UTC)[返信]

モル当量という概念が倍数比例の法則からきていることはわかりました。

私だったらモル当量を使わずに「2価の酸はその2倍の量の1価の塩基と中和する」と言います。でも確かにこの方法だと酸素と金属の反応については表しにくいです。

価数×物質量は反応スケールによって変わりますが、価数自体は物質に固有の量で反応スケールによって変わりません。

現在では原子や分子という概念が完全に確立されています。ゆえに化学では粒子数（物質数）やそれをアボガドロ数で割った物質量が最も基本的な量だと考えます。温度という概念は熱さ寒さなので現象論としては理解しやすいですが、現在では分子の運動から定義されるようになっています。当量関連の概念も物質量と価数から再定義されるべきだと思うのですがどうでしょうか？210.161.12.3 2005年2月3日 (木) 06:07 (UTC)[返信]

三次回答

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>>>以降、 あら金　の記述

「当量」という用語は「～に相当する...量」という意味以上の概念はないです。「...」が物質量の場合がモル当量であり「...」が質量の場合がグラム当量です。化学式を扱う上での量的関係（比）に対して、個々の化学反応のケースでは「1molの酸に相当する相当する物質量」とか「酸化還元反応で1molの電子移動に相当する物質量」とか、反応の種類とか基準に異存した言い回しになります。個々のケースの来る定義上の差異を排除した抽象的なパラメーターである「量の比」に対して定義され用語が「当量」です。化学も学問ですから、全ての事例に適合することが可能でより一般的な概念が使いやすいので尊重されます。化学量論的なパラメーターを「当量」から「物質量×価数」に変更することは、いわゆる『車輪を発明する』の類です。

例えば時間は相対論以前は絶対的なパラメーターでしたが、相対論以降はその概念は距離と時間とは等価であり「-ct = －1×c（光速度）×t（時間）」が正しい概念であることが100年ほど前に判明しています（これを前者の"ガリレオ空間"に対して"ミンコフスキー時空"と呼びます。「-1」は"ガリレオ空間"と"ミンコフスキー時空"を変換する際に時間ベクトルの向きを等価にするために必須なパラメーターです）。それでは、時間の計測方法や表現方法が「1μsec」から「-299.792458m」に変わったかというとそんなことはないです。なぜならば「-ct 」は理論物理学以外の局面ではとても使い難いからです。

古典力学では長さL、質量M、時間Tといった基本的な物理量を掛けたり割ったりすることで、その他の物理量が導かれます。例えば力はLMT-2となります。電磁気学も電流を含めれば同様になります。（物理）化学においても物質量と価数を基本的な化学量と見なせば、他の化学量を導くことができます。あら金さんは、当量関連の概念は基本的な化学量とお考えでしょうか？それとも派生的な化学量とお考えでしょうか？210.161.12.3 2005年2月5日 (土) 04:06 (UTC)[返信]

210.161.12.3さんの「物質量×価数」は反応スケールに束縛される量である為に、個々の反応事例から一般化する際には使い難いことはすでに述べました（使い難いという意味は、一般化する時に「物質量×価数」の記述の前に"～molの"という具合にスケールを調整する記述が必須になることを指して言っています）。それ以外にも幾つかの問題点があり、それは次に示します。

「物質量」は測定量なので特に問題はないです。問題点というのは「価数」の方です。

「価数」には"number of ～ values"の意味しかなく、何の「価数」であるかを定義しないと値のディメンジョンが確定しません。(蛇足ですが学術用語集化学編には「価数」は掲載されていません)。言い換えると、「～価」は"～"を補って初めて意味が確定します。それも「酸・塩基の価」のように正の整数を値を取るもの、「原子価」のように負でない整数を値に取るもの、あるいは「イオン価」のように正負の整数値を取るものがあります。または酸化還元反応のように個々の原子について原子価が定義されているものの、分子としてはそれに対応する価が定義されていないものもあります。

概念から定義される離散的な値を取るものだけかというとそうではなく、油脂の「ケン価」や「ヨウ素価」は物質量ではなく、それは実数表記であり質量を基準とした測定値により定義されます。したがって、「価数」を使って一般化を図ると、かならず「のケースは絶対値をつけるひつようがある」とか「反応前後の～価の値の差を価数とする」とか「ヨウ素価を油脂の平均分子量で割った値がこの場合の価数になる」とか色々な修飾語をつけないと「価数」の概念を誘導できません。

そうでなければ「"価"にはいろいろあるが、"価数"が使えるのは...の場合に限る」として限定するしかないと考えます。

そのような"価数"が"当量"と置き換えるほど便利な用語であるとは私には考え難いのですがいかがでしょうか? 　あら金 2005年2月4日 (金) 19:16 (UTC)[返信]

「「物質量×価数」の記述の前に"～molの"という具合にスケールを調整する」という部分の説明がわかりません。

酸塩基反応から簡単な例を挙げてみたいと思います。私の考えだと、硫酸の価数は2、水酸化ナトリウムの価数は1となります。ここで価数は反応スケールに関係なく物質に固有の値です。硫酸が5mol、水酸化ナトリウムが10molそれぞれあったとすると、2×5=1×10となり価数×物質量が等しいので完全に中和されます。物質量を掛けて、価数×物質量になると反応スケールが関係してきます。

酸化還元反応からも例を挙げてみます。過マンガン酸カリウムの価数は5、シュウ酸の価数は2となります。ここで過マンガン酸カリウムが4mol、シュウ酸が10molあったとすると、4×5=2×10となり完全に中和されます。

あら金さんは原子価やイオン価は価数の一種だとお考えでしょうか？

ケン化価やヨウ化価の価数の定義については考えていません。210.161.12.3 2005年2月5日 (土) 04:56 (UTC)[返信]

四次回答

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逆に、問題提起します。

Q1

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酸塩基反応で

HCl + CH3COONa →　NaCl + CH3COOH

のように塩酸 HCl に対してCH3COONaは塩基として反応します。 また、リン酸 H3PO4に対してもCH3COONaは塩基として反応しますが、

H3PO4 + CH3COONa → NaH2PO4 + CH3COOH

という反応が起こりますが、リン酸とCH3COONaの比をどのように変えても、

H3PO4 + 2CH3COONa ―//→ Na2HPO4 + 2CH3COOH
H3PO4 + 3CH3COONa ―//→ Na3PO4 + 3CH3COOH

のような反応式は起こりません。その理由はリン酸は3価の酸で、場合により、1当量、2当量あるいは3当量の酸として作用します。そして、それはリン酸の3つのHは酸として等価な強度ではなく、相手の塩基のpKaによりリン酸の当量が変わるのが原因です。物質固有な値である価数を使った「価数×物質量」表現ではどのように表されるでしょうか?

この場合はリン酸の価数を1と見なして、1×リン酸の物質量=1×酢酸ナトリウムの物質量とするしかありません。210.161.12.3 2005年2月6日 (日) 07:52 (UTC)[返信]

Q2

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例えば鉄の酸化物の黒錆は四酸化三鉄（Fe3O4）で、この4：3の組成はどのようにして作った黒錆についても成立します。この酸化還元反応は反応式的には、

3Fe + 2O2→Fe3O4

ですが、「価数×物質量」表現ではどのように表されるでしょうか?

電子のやりとりを考えるとO2の価数は4となり、それを基準にすると鉄の価数は3となります。O2（4）を基準にとると、金属についても非金属についても価数を設定できます。H2の価数は2、Cの価数は4という具合になります。210.161.12.3 2005年2月6日 (日) 07:52 (UTC)[返信]

三次回答中の質問に対する回答

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質問に対する回答は次の通りです。

Q. あら金さんは原子価やイオン価は価数の一種だとお考えでしょうか？

A. 原子価やイオン価も「価」ではあると考えます。一方、価数という用語は化学用語ではないので、「価数」を使った表現は化学的表現であるとは考えていません。210.161.12.3 さんが、「物質量×価数」としているところは、物質量比であるモル当量（あるいはその省略形の当量）をつかって、「物質量×モル当量」で表現するのが化学的に正確である考えています。

あら金 2005年2月5日 (土) 12:22 (UTC)[返信]

考え直してみたのですが、wikipediaが百科事典であるということを考えると、確かに一般的な説明のほうが良いかも知れません。Q1のようなケースについては、私自身まだ考えを煮つめる必要もありますし。あら金さんはこの記事をどのように書き直すのが良いと思われますか？

当量関連の概念は基本的な化学量なのか、派生的な化学量なのかについてのご意見もできたらお聞かせください。210.161.12.3 2005年2月6日 (日) 07:52 (UTC)[返信]

五次回答

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  • 書き直し案

・210.161.12.3さんが加筆された部分

最も理想的な記事の書き方は化学当量という見出しで、定義は「化学当量とは化学反応における量的関係をあらわす比であり、略されて当量とも呼ばれる。」位が適当と考えています。ちなみに他の学問領域などでも当量という用語はあります。グラム当量、モル当量は化学当量の記事の中で節として扱って、リダイレクト化するのがスタブ化しないので良いように考えます。化学当量の概念から、規定濃度と電気当量の単位のファラデーが出てきます。

化学当量は J. B. Richter(1762‐1807)が提唱しており、J. L. プルーストの定比例の法則(1799)、J. ドルトンの倍数比例の法則(1808)あるいはJ.L. ゲイ･リュサックの気体反応の法則(1808)と同時です。これらをひっくるめて化学量論の分野と呼ばれています。言い換えると、化学当量は化学量論の根本原理です。化学量論の概念は化学式または化学方程式として表現されるので、化学式を書けば、あえて言葉で「物質Bに対して3当量の物質Aを作用させる」などと言い換える必要はないので210.161.12.3さんの言われるように最近では言葉では目にしません（化学式が直感的に言い表しています）。

・DC1394さんの定義の部分

現在、価数は以下の記事からリンクされています。

  • ヘモグロビン -　「ヘムは価数が2価の鉄原子を...」（イオン価の数）
  • 酸化数 -　「イオンの場合においては、その価数がそのまま酸化数となる。」(イオン価の数、ただし定義により原子価の数でも意味は通る）
  • モル濃度 -　「中和滴定の際に扱い易いようモル濃度にイオンの価数をかけたものは規定濃度 (N) または(eq/l) と呼ばれる。」(イオン価の数）
  • 規定濃度 -　「中和滴定の際に取り扱い易いように、モル濃度に酸・塩基の価数を掛けたものである。」
  • 錯体 -　「化学反応により金属の価数や配位環境を変化させると...」(イオン価の数、ただし定義により酸化数でも意味は通る）
  • 不斉炭素原子 -　「取りうる共有結合の数(価数)」（炭素原子の原子価の数）
  • HSAB則 -　「硬い酸とはサイズが小さく、価数の大きなものであり...」。」(イオン価の数）

ということで、価の意味するところが曖昧な状態でリンクが形成されています。このままでは、「金属原子あるいはイオンの酸化状態を知るための目安の値。」としか言いようがないので、上記のリンクを [[イオン価|価数]]、[[原子価|価数]]あるいは[[酸化数|価数]]のように文脈の意味する適切な記事にリンクを訂正するのが良いと考えています。価数が対象としている意味は曖昧ですが、価数をつかって説明しようとする概念は化学当量なので記事 価数は化学当量に統合してリダイレクト化するのが良いように考えています。

化学当量の記事を書いて、価数→化学当量にリダイレクト化　という方針に同意します。210.161.12.3 2005年2月6日 (日) 22:58 (UTC)[返信]

  • Q. 「当量関連の概念は基本的な化学量なのか」

A. 少しそれますが、「化学当量」は概念で、「モル当量」と「グラム当量」は化学量です。本題に戻ると、近代化学は「質量保存の法則」と化学当量から組み上げられているので、「モル当量」あるいはモルが省略されて「当量」と書き表されたものは基本的な化学量です。 「グラム当量」は「...（例えば原子価）に相当する質量（グラム数）」という定義なので試験の問題文以外で使用されるケースは皆無だと考えます。 あら金 2005年2月6日 (日) 14:08 (UTC)[返信]

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