化学かがく親和力しんわりょく

化学かがく親和力しんわりょく（かがくしんわりょく）または化学かがく的てき親和しんわ性せい（かがくてきしんわせい）とは、化学かがく物理ぶつり学がくおよび物理ぶつり化学かがくの概念がいねんで、異ことなる化学かがく種しゅ間あいだでの化合かごう物ぶつの形成けいせいしやすさを表あらわす電子でんし的てき特性とくせいである。化学かがく親和力しんわりょくはまた、原子げんしや化合かごう物ぶつが異ことなる構成こうせいの原子げんしや化合かごう物ぶつと化学かがく反応はんのうしやすい傾向けいこうを示しめす指標しひょうでもある。

化学かがく史家しかヘンリー・レスターによれば、ギルバート・ルイスとマール・ランドールによる1923年ねんの著書ちょしょ『熱ねつ力学りきがくと化学かがく反応はんのうの自由じゆうエネルギー』の影響えいきょうで、英語えいご圏けんでは「親和力しんわりょく (affinity)」という言葉ことばの代かわりに「自由じゆうエネルギー (free energy)」という言葉ことばを使つかうようになった。

近代きんだいにおける概念がいねん

近代きんだい的てき用法ようほうでは、親和力しんわりょくとは特定とくていの原子げんしや分子ぶんしが集合しゅうごうまたは接合せつごうする傾向けいこうである。例たとえば、医師いしジョージ・キャリーの1919年ねんの著書ちょしょ 『人間にんげんの生命せいめいの化学かがく』では、「健康けんこうは血液けつえき中ちゅうにリン酸さん鉄てつ Fe₃(PO₄)₂ が適量てきりょう存在そんざいすることに依存いぞんする。この塩しおの分子ぶんしは酸素さんそとの化学かがく親和力しんわりょくがあり、酸素さんそを生体せいたいのあらゆる部分ぶぶんに運はこぶ機能きのうがある」と記しるしている。このようなやや古典こてん的てきな文脈ぶんみゃくでは、化学かがく親和力しんわりょくは「磁力じりょく」とほぼ同義どうぎに使つかわれている。1925年ねんごろまでの文献ぶんけんには「化学かがく親和力しんわりょくの法則ほうそく」という用法ようほうも多おおく見みられる。

熱ねつ力学りきがく

IUPACによる現在げんざいの定義ていぎでは、定圧ていあつおよび定温ていおんでの反応はんのう進行しんこう度どに対応たいおうしたギブズ・エネルギーの負まけの偏へん微分びぶんを親和力しんわりょくと定義ていぎしている。すなわち、次つぎのようになる。

$A=-\left({\frac {\partial G(T,P,N_{1},\cdots )}{\partial \xi }}\right)_{T,P}=-\left({\frac {\partial G(T,P,N_{1}^{0}+\nu _{1}\xi ,\cdots )}{\partial \xi }}\right)_{T,P}=\sum _{i}\nu _{i}\mu _{i}(T,P,N_{1}^{0}+\nu _{1}\xi ,\cdots )\$

ここで$N_{1}^{0}\$は反応はんのう開始かいし時じにおける成分せいぶん１の物質ぶっしつ量りょう、$\nu _{1}\$は成分せいぶん 1 の化学かがく量りょう論ろん係数けいすうである。

定圧ていあつ、定温ていおん条件じょうけんでは、ギブズエネルギーが最小さいしょうになったときが熱ねつ力学りきがく的てき平衡へいこう状態じょうたいである。よって自発じはつ的てきに反応はんのうが進すすむにつれて親和力しんわりょくが正せいの値ねから減少げんしょうしていき、平衡へいこう状態じょうたいになったとき

$A=0\$

となる。

1923年ねん、ベルギーの数学すうがく者しゃで物理ぶつり学者がくしゃのテオフィル・ド・ドンデは、化学かがく反応はんのうにおける親和力しんわりょく A とギブズの自由じゆうエネルギー G の関係かんけいを明あきらかにした。一連いちれんの導出どうしゅつを通とおして、ド・ドンデは化学かがく種しゅの混合こんごう物ぶつにおける化学かがく反応はんのうの可能かのう性せいを考かんがえたとき、次つぎの関係かんけいが成なり立たつことを証明しょうめいした。

$A=-\Delta _{r}G\,$

ド・ドンデに続つづいて、イリヤ・プリゴジンとR・デフェイの著書ちょしょ『化学かがく熱ねつ力学りきがく』では、化学かがく親和力しんわりょく A を化学かがく反応はんのうの非ひ補正ほせい熱ねつの増分ぞうぶん dQ' と反応はんのう進行しんこう度どの勾配こうばい dξくしー の関数かんすうとして定義ていぎした。

$A={\frac {dQ'}{d\xi }}\,$

この定義ていぎは、平衡へいこう系けいの状態じょうたいや非ひ平衡へいこう系けいの状態じょうたい変化へんかの両方りょうほうを決定けってい付つける要因よういんを定量ていりょう化かするのに役立やくだつ。

歴史れきし

「化学かがく親和力しんわりょく」は歴史れきし的てきには化学かがく反応はんのうを発生はっせいさせる電磁気でんじき的てき「力ちから」を意味いみしていた。長ながく使つかわれてきたより広ひろい定義ていぎとしては、物質ぶっしつの分解ぶんかいされやすさまたは分解ぶんかいされにくさを化学かがく親和力しんわりょくとしていた。

イリヤ・プリゴジンは化学かがく親和力しんわりょくについて「全すべての化学かがく反応はんのうにおいて、系けいは化学かがく反応はんのうの親和力しんわりょくが消滅しょうめつする平衡へいこう状態じょうたいへと追おいやられる」とした。

「親和力しんわりょく」という言葉ことばは、1600年ねんごろから化学かがくや文献ぶんけん学がくにおける構造こうぞう的てき関係かんけいを論ろんじる際さいに比喩ひゆ的てきに用もちいられている。

親和力しんわりょくの考かんがえ方かたはかなり古ふるくからある。多おおくの人々ひとびとがその根源こんげんを特定とくていすることを試こころみてきた。科学かがくに先行せんこうして存在そんざいした全すべての魔術まじゅつの基礎きそには「親和力しんわりょく」があり、それをさらに解明かいめいしようとする試こころみはほとんど失敗しっぱいしてきた。しかし、「親和力しんわりょくの理論りろん」を定式ていしき化かして研究けんきゅうする科学かがくの一いち分野ぶんやとして物理ぶつり化学かがくが生うまれた。「親和しんわ性せい」という用語ようごを化学かがく的てき関係かんけいという意味いみで最初さいしょに使つかったのはドイツ人じん哲学てつがく者しゃアルベルトゥス・マグヌスで、1250年ねんごろのことである。その後ご、燃焼ねんしょうという化学かがく反応はんのうでの熱ねつの生しょうじ方かたを説明せつめいしようとして、ロバート・ボイル、ジョン・メーヨー、ヨハン・ルドルフ・グラウバー、アイザック・ニュートン、ゲオルク・シュタールといった人々ひとびとが選択せんたく的てき親和しんわ性せいの考かんがえ方かたを提唱ていしょうした。

現代げんだいの化学かがく親和力しんわりょくという用語ようごは、18世紀せいきスウェーデンの化学かがく者しゃトルビョルン・ベリマンが著書ちょしょ『選択せんたくアトラクション』で使つかった造語ぞうご「選択せんたく的てき親和しんわ性せい 」または「選択せんたく的てき誘引ゆういん力りょく」が変化へんかしたものである。アントワーヌ・ラヴォアジエの1789年ねんの著書ちょしょ 化学かがく原論げんろんでは、ベリマンの選択せんたく的てき親和しんわ性せいの概念がいねんについても論ろんじている。

ゲーテは、その概念がいねんを使つかって『親和力しんわりょく』という小説しょうせつを書かいている。

ジョフロアの親和しんわ性せいの表ひょう

1718年ねん、フランスの化学かがく者しゃエティエンヌ・F・ジョフロアは置換ちかん反応はんのうに基もとづく世界せかい初はつの「親和しんわ性せいの表ひょう」を発表はっぴょうした。この親和しんわ性せいの表ひょうはジョフロア最大さいだいの業績ぎょうせきとされており、1718年ねんと1720年ねんにアカデミー・フランセーズで発表はっぴょうしたのが最初さいしょである。それは次つぎのような表ひょうだった。

ジョフロアの「親和しんわ性せいの表ひょう」(1718)。列れつの先頭せんとうにある物質ぶっしつが、その下したにある物質ぶっしつと結合けつごうでき、上うえにあるものほど「親和力しんわりょく」が強つよい。

これは、物質ぶっしつ同士どうしの化学かがく反応はんのうを比較ひかく観察かんさつした結果けっかを示しめした一覧いちらん表ひょうであり、似にたような物質ぶっしつが異ことなる試薬しやくに示しめす親和しんわ性せいの度合どあいを表あらわしている。クロード・ルイ・ベルトレーによるさらに深化しんかした概念がいねんに取とって代かわられるまで、親和しんわ性せいの表ひょうの研究けんきゅうが広ひろく流行りゅうこうした。

関連かんれん項目こうもく

• 化学かがく
• 化学かがく反応はんのう
• 化学かがく結合けつごう
• 電気でんき陰性いんせい度ど
• 電子でんし親和力しんわりょく
• エティエンヌ・F・ジョフロア
• 原子げんし価か
• アフィニティークロマトグラフィー

外部がいぶリンク

• Chemical Affinity and Absolute Zero - 1920年ねんのノーベル化学かがく賞しょう受賞じゅしょう者しゃヴァルター・ネルンストの講演こうえん