銅Cuの粉末を空気中で加熱すると、黒色の粉末が得られる。これは、銅が空気中の酸素と結合して、酸化銅（Ⅱ）CuOになったからである。このように物質に酸素が化合することを酸化（さんか、oxidation）という。
酸素が化合した物質については、その物質は酸化されたという。酸化による生成物を酸化物という。以上のような酸化する反応を酸化反応という。
なお、「酸」化といっても、酸性・塩基性とは意味が異なるので、混同しないように注意のこと。「酸化」の「酸」は、「酸素」の「酸」である。
電荷を考えると、銅の酸化では、
は、原子ごとの電荷は、それぞれ
および
となる。
酸化の際、銅は電子を放出している。
さて、一方、酸化銅の粉末を耐熱ガラスなどに入れ、水素を通じながら加熱をすると、粉末は赤褐色の銅に戻る。
これは酸化銅から水素が酸素を奪い、もとの銅に戻した現象である。
このように、ある物質が酸素を失うことを還元（かんげん、reductionあるいはReduction）という。このような還元する反応を還元反応という。この銅の還元反応では、水素は逆に酸化をして水になっている。このように酸化反応と還元反応は、同時に起こる。そこで、これら同時に起こる酸化反応と還元反応とをまとめて、酸化還元反応という。
電荷を考えると、酸化銅の還元では、原子ごとの電荷は、それぞれ
および
となる。
このように、銅は、還元の際、電子を獲得している。
このように還元されることによって、酸素に吸引されていた電子が銅に戻り、銅は電子を獲得している。
このような考えのもと、還元の定義を拡張して、原子が電子を受け取ることを還元という。また、原子が電子を放出することを酸化という。
高校では、電子の授受をもとに、酸化・還元を定義する。
この化合の際の、原子の電子の授受に基づく定義で酸化と還元とを定義すると、酸素と化合しない反応の場合にも、酸化の定義を拡張できる。同様に、原子の電子の授受に基づいた定義で、水素と化合しない反応にも、還元の定義を拡張できる。
このように、普遍的に物質の酸化と還元とを判別するには、電子の授受で考える。
他の物質の例で考えよう。
この反応は、硫化水素の酸化である。硫化水素の硫黄は酸素と化合してるし、水素を失っている。
酸化と還元とをまとめると、以下のようになる。
1.酸素を受け取る(化合する)こと
2.水素を失うこと
3.電子を失うこと
1.酸素を失うこと
2.水素を受け取ること
3.電子を受け取ること
（マグネシウムが酸化(酸素が化合)して酸化マグネシウムになった）
この化学反応式は以下の２つのイオン半反応式に分解することができる。
酸化還元反応の化学反応式は、まず半反応式をつくり、それを足し合わせることで作る。
イオン結合では、電子の授受の方向が判別しやすいが、いっぽう共有結合からなる化合物の化合反応では、電子の授受の方向が判別しづらい場合が多い。そこで、共有結合のような、電子の授受の方向が判別しづらい場合でも、酸化の度合いを定義できるように、次のような酸化数（さんかすう、oxidation number）という概念が考えられた。
酸化数の計算方法は、つぎ（1）〜（5）のように定められてる。
(1) 単体の原子の酸化数を0（ゼロ）と定義する。
（例）
などなど・・・
(2) ほとんどの化合物中で、水素原子Hの酸化数は＋1。ほとんどの化合物中で、酸素原子Oの酸化数はー2。
例
（ただし、過酸化水素H2O2では例外的に、Oの酸化数は ー1 である。過酸化物では、Oの酸化数はー1である。）
(3) 単原子イオンの酸化数は、イオンの電荷に等しい。
例
(4) 電気的に中性の化合物では、構成する原子の酸化数の総和は 0 である。
NH3 では、
H2O では、
(5) 多原子イオンを構成する化合物の酸化数の総和は、そのイオンの符号を含めた電荷である。
例
SO42- では、
よって酸化数の総和は -2 である。
MnO4- では、
よって酸化数の総和は -1 である。
たとえば安定した一酸化炭素 CO 中での炭素 C の酸化数は (+2) だが、安定した二酸化炭素 CO2 中のCの酸化数は (+4) である。このように、たとえ同じ元素でも、化合物がイオン化してない場合でも化合物の種類によって、その元素の酸化数が変わる。
なので、あまり無闇に酸化数を覚える必要はない。ただし、問題練習などを通して自然に覚えられる場合は、覚えてしまったほうが早い。
また、
について、Cの酸化数の変化（＋2から＋4に変化）から、Cは酸化されたことが分かる。
解法
まず、 K+ と MnO4- の化合物だと見なす。
すると、あとは MnO4- 中のマンガンの酸化数を求めれば良く、
そのための方程式を立てれば、仮に代数 x を求めるMnの酸化数だとして、
を解けばよい。
あるいは、最初から、 Kの酸化数＝(+1) 、および Oの酸化数＝(-2) 、およびKMnO4全体の酸化数＝0 、を仮定して、次のような式で解いてもよい。
どちらの解法の式にせよ、解けば、
よってMnの酸化数は (＋7) である。
MnやCuやCrやFeなどの酸化数の問題は、このようにして、解く。Mnなどの酸化数の数値は、覚える必要はない。
いっぽう、Kの酸化数は、覚えなければならない。また、Oの酸化数も、覚えなければならない。
酸化還元反応で、相手の物質から電子を奪って酸化をする物質を酸化剤（さんかざい、oxidizing agent）という。酸化還元反応で、相手の物質に電子を与えて還元をする物質を還元剤（かんげんざい、reducing agent）という。
酸化剤は、酸化還元反応において、自身は還元される。
還元剤は、酸化還元反応において、自身は酸化される。
希硫酸で酸性にした水溶液の中で、過マンガン酸カリウムは、強い酸化作用を示す。
酸性でない水溶液では、過マンガン酸カリウムの水溶液の色は、赤紫色である。酸性の水溶液では、過マンガン酸カリウム水溶液の色は、ほぼ無色のうすい淡桃色である。教科書によっては、無色と紹介している本もあるので、「酸性水溶液での過マンガン酸カリウムは無色」と覚えても良い。
過酸化水素は、反応する相手によって、酸化作用を示す場合もあれば、還元作用を示す場合もある。一般的には、過酸化水素は、酸性水溶液中で、酸化作用を示す場合のほうが多い。
上記の反応式をみればわかるように、酸化に水素イオンが必要なので、酸性溶液である必要がある。
まず、ヨウ化カリウム KI は、代表的な還元剤の一つである。いっぽう、過酸化水素は、代表的な酸化剤の一つである。
代表的な酸化剤と代表的な還元剤とが硫酸水溶液で反応しあう場合、当然、代表的な酸化剤のほうが酸化するのが、一般的である。
ヨウ化カリウム KI と過酸化水素 H2O2 の反応でも、原則どおりにH2O2 は酸化作用を示す。
ヨウ化カリウムの希硫酸水溶液に過酸化水素水を加えると、反応の結果、ヨウ素 I2 を生じて、水溶液は褐色になる。
この反応では、ヨウ化物イオン I- は、H2O2 に電子をうばわれている。
では、反応全体の反応式を見て行こう。
なお、この式を導くには、最終的な生成物を覚える必要はあるが、
を連立して、左右両辺の電子e-の数を打ち消せばよい。
強い酸化剤が過酸化水素の反応する相手の場合に、過酸化水素による酸化作用が進まなかったり、むしろ過酸化水素が還元作用を示す場合もある。
このように、強い酸化剤が反応相手の場合には、弱いほうの酸化剤が作用できない場合もある。
たとえば、硫酸で酸性にした水溶液中で過マンガン酸カリウムと過酸化水素が反応する場合、過酸化水素は還元剤として働く。
なお、この式を導くには、最終的な生成物を覚える必要はあるが、
を連立して、左右両辺の電子e-の数を打ち消せばよい。
酸化剤溶液を塩酸で酸性にしようとすると、塩化物イオンが酸化されてしまい、塩酸が還元剤として働いてしまうからである。
また、硝酸では、硝酸じたいが酸化剤として働いてしまう。
よって、酸化剤溶液を酸性にする必要がある場合には、硫酸をもちいて酸化剤溶液を酸性にするのである。そのため、希硫酸をくわえる。
濃度不明のある酸化剤の濃度を測りたいときは、濃度が分かっている還元剤をくわえて、酸化還元反応に要した溶液の体積をもとに、酸化剤の濃度を測定できる。
つまり、ある酸化剤と還元剤が、過不足なく中和しあうとき、
の公式が成り立つ。
さて、酸化剤の溶液が、酸化剤の価数がa価で、もともとのモル濃度c［mol/l］として、くわえた体積をv［mL］とする。還元剤の溶液が、価数はb価で、モル濃度はc'［mol/l］で、くわえた体積をv'［mL］とする。
すると、式にまとめれば、
である。
具体例をあげると、濃度のわかっている過マンガン酸カリウム溶液（硫酸酸性）と、濃度不明の過酸化水素水では、
なので、
である。
よって、方程式
となる。
この問題の場合、求めたいのは濃度不明の還元剤の濃度 c' であり、方程式で移項して計算すれば求まる。
このような原理を用いて、濃度不明の酸化剤の濃度を測るときは、濃度が分かっている還元剤で、酸化還元反応に要した溶液の体積をもとに、酸化剤の濃度を測定できる。
同様に、濃度不明の還元剤は、濃度が分かっている酸化剤があれば、酸化還元反応に要した溶液の体積をもとに、還元剤の濃度を測定できる。
このように、酸化還元反応に要した溶液の量をもとに、濃度が未知の酸または塩基の濃度を測定することを酸化還元滴定（さんかかんげん てきてい、redox titration）という。
酸化還元にもちいる器具は、ボールピペット、ビュレットなど、中和滴定と同じである。
なお、過マンガン酸カリウムを用いる場合、酸性の過マンガン酸カリウムの色が酸性かどうかで変わるので、過マンガン酸カリウムじたいが指示薬の役割をはたす。なので、ほかの指示薬が不要な場合が多い。
酸性の場合、過マンガン酸カリウムは無色である。酸性でない、中性または塩基性の溶液のときの過マンガン酸カリウムは赤紫色である。
過マンガン酸カリウムは酸性にせず、中性のまま、滴定に用いる。つまり、赤紫色の状態で、滴定に用いる。
濃度のわかってる過マンガン酸カリウムをもちいて、濃度が未知の還元剤を滴定する場合、過マンガン酸カリウム溶液が滴下のために上方のビュレット側になり、濃度をしりたい溶液がフラスコやビーカーなどの滴下される側になる。そして、濃度をしりたい溶液の側に、硫酸をくわえて、酸性にしておく。つまり、フラスコやビーカーのほうに、硫酸が加えられる。
硫酸酸性の過マンガン酸カリウムが上側のビュレット内で、相手側の濃度未知が下側のフラスコ内になる。
例として、濃度不明の過酸化水素水の濃度をはかる場合を考える。
過酸化水素水は、上のビュレットから赤紫色の過マンガン酸カリウムをたらされても、最初のうちは過マンガン酸カリウムが過酸化水素水は着色せずに、すぐに無色になる。
なぜなら、下側の溶液内で、つぎの反応式が起きる。
過酸化水素水に過マンガン酸カリウムが滴下されると、上式の反応が起きるので、下側の溶液が過マンガン酸カリウムの混合液から硫酸マンガンの混合液に変わるので、そもそも過マンガン酸カリウムじたいが下側の溶液色から消失するので、よって下側の溶液が赤紫色でなくなる、というわけである。（硫酸マンガンの色は、ほぼ無色である。）
しかし、滴定をつづけていき H2O2 が酸化されつくすと、この反応が起きなくなり、kMnO4 が滴下溶液内に残り続けるので、赤紫色が残り続けるわけである。
このように、滴下をつづけていくと、やがて下側の溶液に滴下された赤紫色が消えなくなるので、それを反応の終点とする。


金属の水または水溶液中での、陽イオンへのなりやすさをイオン化傾向（ionization tendency）という。
硫酸銅

CuSO
4

{\displaystyle {\ce {CuSO4}}}
 水溶液に亜鉛板Znを入れると、亜鉛の表面に銅が付着する。これは、亜鉛Znは銅Cuよりもイオン化傾向が大きいため、

Zn

{\displaystyle {\ce {Zn}}}
 がイオン化し、

Cu

{\displaystyle {\ce {Cu}}}
  の単体が析出したためである。
銅と銀のイオン化傾向を比べるために、硝酸銀AgNO3の溶液に銅板を入れる。すると、銅板の表面に銀が析出する。いっぽう、銅は陽イオンとなり溶ける。この銅イオンのため溶液はしだいに青くなる。以上の変化を反応式で書くと、
なお、この反応で生じた銀を、生じ方が樹木が伸びるように析出した銀が伸びることから銀樹（ぎんじゅ）という。
また、硫酸銅 CuSO4 の溶液に銀板Agをいれても、変化しない。
これらのことから、銅は銀よりもイオン化傾向が大きいことがわかる。
さまざまな溶液や金属の組み合わせで、イオン化傾向の比較の実験を行った結果、イオン化傾向の大きさが決定された。
イオン化傾向の大きい金属を並べた金属のイオン化列は、以下のようになる。
水素は金属では無いが比較のため、イオン化列に加えられる。金属原子は他にもあるが、高校化学ではこの金属のイオン化列がよく使われる。
語呂合わせとして、
「リッチにかそうかな、まあ、あてにすんな、ひどすぎるハク金」
がある。
二種類の金属単体を電解質水溶液に入れ、極間を導線でつなぐと電池ができる。これはイオン化傾向が大きい金属が電子を放出して陽イオンとなって溶け、電子が導線を伝って、水溶液中のイオン化傾向の小さい金属のイオンが電子を得て析出するためである。
電子の流れ出す側の電極の金属を負極（negative electrode）という。電子を受け取る側の金属の電極を正極（positive electrode）という。
正極と負極の電位差を起電力という。正極で還元される物質を正極活物質、負極で酸化される物質を負極活物質という。
亜鉛板Znを入れたZnSO4水溶液と、銅板Cuを入れたCuSO4水溶液を、両方の溶液が混ざらないように素焼き板(溶液は混合しないがイオンは通過できる)などで区切った電池をダニエル電池（Daniell cell）という。素焼き板の間をSO42-が亜鉛板側に移動する。CuSO4水溶液は濃く、ZnSO4水溶液は薄い方がよい(Znの溶出が進み、Cuの析出が進む方向)。
陽極(負極)での反応
陰極(正極)での反応
電池式：(-) Zn| ZnSO4aq | CuSO4aq |Cu (+)
起電力：1.1 V
電池の電解液は液体なので、そのままでは持ち運びに不便である。電解液を糊状にして携帯できるようにした電池を乾電池（dry cell）という。
代表的な乾電池にマンガン乾電池（zinc–carbon battery）がある。
電池式：(-) Zn | ZnCl2aq, NH4Claq | MnO2,C (+)
起電力：1.5 V
反応式は、負極では亜鉛が以下のように反応して溶け出る。
正極の炭素棒は電子を媒介するだけで、炭素は反応しない。電子を受け取るのはMnO2である。
ダニエル電池や乾電池は、使用していると、だんだん起電力が低下し、再び電池として使えるようにすることは出来ない。このような電池を一次電池（primary cell）という。充電によって、放電時との逆反応が起こし、繰り返して使用できる電池を蓄電池または二次電池（secondary cell）という。
電池から電流を取り出している状態を放電（discharge）という。
鉛蓄電池は代表的な二次電池で、自動車のバッテリーなどに利用される。
電池式：(-) Pb | H2SO4aq | PbO2 (+)
起電力：2.1 V
放電
放電時の反応は、
負極：

Pb
+
SO
4

2
−

⟶
PbSO
4

+
2

e
−

{\displaystyle {\ce {Pb + SO4^2- -> PbSO4 + 2e^-}}}
正極：

PbO
2

+
4

H
+

+
SO
4

2
−

+
2

e
−

⟶
PbSO
4

+
2

H
2

O

{\displaystyle {\ce {PbO2 + 4H^+ + SO4^2- + 2e^- -> PbSO4 + 2H2O}}}
である。放電では、正極と負極の両方に、

PbSO
4

{\displaystyle {\ce {PbSO4}}}
 が付着する。電解液である硫酸は消費され、硫酸の濃度は低下していく。
充電時は放電の逆反応が起こる。
負極：

PbSO
4

+
2

e
−

⟶
Pb
+
SO
4

2
−

{\displaystyle {\ce {PbSO4 + 2e^- -> Pb + SO4^2-}}}
正極：

PbSO
4

+
2

H
2

O
⟶
PbO
2

+
4

H
+

+
SO
4

2
−

+
2

e
−

{\displaystyle {\ce {PbSO4 + 2H2O -> PbO2 + 4H^+ + SO4^2- + 2e^-}}}
鉛蓄電池の反応をまとめると次のようになる。
Pb
+
2

H
2

SO
4

+
PbO
2

⇌

c
h
a
r
g
e

d
i
s
c
h
a
r
g
e

2

PbSO
4

+
2

H
2

O

{\displaystyle {\ce {Pb + 2H2SO4 + PbO2 <=>[{discharge}][{charge}] 2PbSO4 + 2H2O}}}
放電時は、極板の質量が増加し、硫酸の濃度が減少する。
充電時は、極板の質量が減少し、硫酸の濃度が増加する。
水素などの陽極の燃料を、触媒を用いてイオン化させ、余った電子を取り出す電池。陽極の燃料が水素の場合は、陰極で酸素および回収した電子と反応し水になる。
様々な方式の燃料電池がある。
リン酸型燃料電池の場合、
電解質にリン酸水溶液を用いている。負極に水素を供給する必要があり、正極に酸素を供給する必要のある電池である。
負極で起きる反応は、
である。負極で生じた水素イオンが電解質を移動し、反対側の正極にまで達し、つぎの反応が起きる。
つまり、水素イオンが酸素によって酸化したわけである。つまり、水素イオンが燃焼したわけである。
この方式の燃料電池の反応式については、高校生はとりあえず、負極で水素が反応して水素イオンが発生することを、覚えておけばよい。そして、正極では酸素と反応して水が生じることを覚えておけばよい。
起電力は約1.2Vである。このリン酸型燃料電池は、酸素の酸化によって生じたエネルギーの一部を、電気エネルギーにしている装置として、解釈できる。
水の電気分解の、逆の原理であると、解釈してよい。
なお、正極と負極は多孔質になっており、水素や酸素を通過させられるようになっている。
この燃料電池の生成物が水なので、環境にやさしいと考えられおり、開発が進められていて、一部は実用化もしている。
また、反応源の水素を発生するためにも、電気分解などの電力エネルギーなど、なんらかのエネルギーが必要なことから、この電池は、水素のエネルギーを電気エネルギーに変換している装置として、解釈もできる。
アルカリ型燃料電池とは、電解質に水酸化カリウム KOH などを用いる方式である。
他に、固体高分子型や固体酸化物型などがある。
リチウムイオン電池は軽く、起電力が大きいので、携帯電話やノートパソコンなどに幅広く利用されている。
実用電池には上述した乾電池や鉛蓄電池の他にも、さまざまな電池があるが、イオン化傾向を利用しているということなどの基本的な仕組みは、あまり変わらない。
その他の実用されている化学電池には、
などがある。

銀電池は電圧が安定しているため、時計や電子体温計などに用いられる場合が多い。
リチウムは水と反応するので、電解質に水を使うことができない。このため、エチレンカーボネートなどの有機物を電解に用いる。
リチウム電池は長寿命のため、時計や電卓、心臓用ペースメーカなどに用いられている。
空気電池は軽量なので、よく補聴器に用いられている。購入時には、空気の侵入をふせぐシールが貼られている。使用し始める際には、シールをはがす。シールをはがすと放電が始まる。はがしたシールを貼り直しても、保存は効かない。
ニッケルカドミウム電池は電動工具などによく利用されている。カドミウムの有害性の問題があるので、生産量は減少しており、代替品としてニッケル水素電池に置き換えられていっている。
負極の水素吸蔵合金は、結晶格子の間に水素を取り込め、必要に応じて取り込んだ水素を放出できる。ニッケル水素電池は自動車のハイブリッドカーのバッテリーに用いられる。なお、水素記号のことを記号でMHと表す場合もある。
ボルタ電池
ボルタ電池は教科書では次のような説明がされるが、不正確な部分があるため、定期試験で出題されない限りは、覚える必要はない。
負極（亜鉛板）での反応
正極（銅板）での反応
ボルタの電池では、得られる両極間の電位差は、1.1Vである。起電力は、両電極の金属の組み合わせによって決まる物質固有の値である。
ボルタの電池の亜鉛板で起きている反応は、電子を放出することから酸化反応である。また銅板で起きている反応は、電子を受けとっているので還元反応である。
ボルタ電池の構造を以下のような文字列に表した場合、このような表示を電池図あるいは電池式という。
aqは水のことである。H2SO4aqと書いて、硫酸水溶液を表している。
ボルタ電池では、正極の銅板で発生する水素が銅板を包むので、銅板と溶媒とのあいだの電子の移動が妨げられる分極が起きる。このような分極を防ぐために酸化剤を溶液に加える。この分極を防ぐ目的で加える酸化剤を減極剤という。減極剤としては過酸化水素水 H2O2，またはMnO2，またはPbO2を使用する。
電解質の水溶液に、電極を2本入れて、それぞれの電極に、外部の直流電源から電気を通じると、各電極で水溶液中の物質に化学反応を起こせる。これを電気分解という。
電気分解で、直流電源の負極につないだ側の電極を陰極という。
電気分解で、直流電源の正極につないだ側の電極を陽極という。
陰極の電荷は、電源の負極から電子が送られてくるので、陰極は負電荷に帯電する。いっぽう、陽極の電荷は、正電荷に帯電する。
なお、電気分解の電極には、化学的に安定な白金 Pt や炭素 C などを用いる。
電気分解のさい、陽極では酸化反応が起こり、陰極では還元反応が起こる。
この電気分解の実用例として、金属の精錬に利用されている。
陰イオンのイオン化傾向は

NO
3

−

>
SO
4

2
−

>
OH
−

>
Cl
−

>
Br
−

>
I
−

{\displaystyle {\ce {NO3^- > SO4^2- > OH^- > Cl^- > Br^- > I^-}}}
である。語呂合わせとして、昇龍の水は演習用がある。
水溶液の電気分解では、水溶液中で、もっとも還元されやすい物質が電子を受け取り、還元反応が起こる。
電極がPt,Au,炭素の場合、イオン化傾向が OH- より小さい Cl-,I- ,Br- があれば、酸化されてCl2、I2などが発生する。
イオン化傾向が OH- より大きい SO42-、NO3- は酸化されにくいため、かわりにH2Oが還元される酸素O2が発生する。
塩基性溶液では、OH-が酸化されてO2が発生する。
白金や炭素以外の物質を陽極(Cuの場合が多い)にした場合、陽極が酸化されて溶け出す。
電極には、炭素電極または白金 Pt を用いる。塩化銅CuCl2水溶液では、陰極付近の水溶液では、電源から電子が送られてくるので以下の還元反応が起こり、陰極からは銅が析出する。
陽極では、電源へ電子が奪われるので、以下の酸化反応が起こり、陽極からは塩素が発生する。
電極には、白金 Pt を用いるとする。硫酸銅 CuSO4 水溶液。
陰極での反応は還元反応である。
陽極での反応は酸化反応である。
この硫酸銅での電気分解の現象は、銅の電気精錬に応用されている。
純水な水は電気を通さないので、導電性を高めるために硫酸か水酸化ナトリウムを加える。
H2とNaのイオン化傾向を比べた場合、Na>H2なので、陰極で還元されるのは水素イオンH+である。
陰極では、水素H2が発生。
工業的な水酸化ナトリウムの製造にはイオン交換膜法が使われている。
図のように陽イオン交換膜による隔壁でへだてて片方に陽極、もう片方に陰極の電極を配置する。
そして、陽極側にNaCl水溶液を入れる。電圧をなにも加えて無い状体では、NaイオンとClイオンに分離している。
そして電圧を加えると、電気分解が起きる。
陰極では
陽極では
という反応が起きる。
その結果、Cl-イオンが発生する。このCl-イオンは陽イオン交換膜を通れず、Cl-イオンはそのまま陽極側にとどまる。そしてCl-イオンは陽極のプラス電荷を受け取って塩素ガスになり気体となって排出される。
いっぽうで、Na+イオンはそのまま水溶液中にとどまり、また陽イオン交換膜を通過する。
いっぽう陰極側ではOH-は陽イオン交換膜を通過できないので、そのまま陰極側にとどまる。また、水素イオンH+は陰極で電荷を受け取り、水素ガスを発生して、排出される。
こうして、陰極側の溶液ではNa+イオンとOH-イオンばかりになる。
Naはイオン化傾向が水よりも大きいので、陰極ではNa+はイオンのままである。なので陰極では水H2Oだけが還元されてOH-ができる。
こうして、陰極ではNaOHの濃度の高い水溶液が得られる。この水溶液を濃縮することによって、水酸化ナトリウムNaOHが得られる。
以前は、アスベストなどをもちいた隔膜法（かくまくほう）が用いられていた。この隔膜法も、電気分解を用いる。濃い食塩水（塩化ナトリウム水溶液）を電気分解する方法で水酸化ナトリウムは生産できる。電気分解したときに、塩素の気体が発生するので、気体を排出することにより、溶液中にNa+イオンを多くさせている。
なお、陽イオン交換膜をもちいた方法とは違い、隔膜法の隔膜では塩素イオンも通過してしまうので、この方法では、得られる水溶液に不純物としてNaClが混ざる。
またなお、陽極は炭素Cである。陰極は鉄網Feである。隔膜の外部を鉄網で覆っている。
陽極では
陰極では
という反応が起きる。Naはイオン化傾向が水よりも大きいので、水が還元されてOH-ができる。
陰極で発生したOH-によってNaOHができるが、そのままだと陽極のCl2と反応してしまいNaClになってしまうので、NaとClとを結合させず隔離するために、隔膜としてアスベスト（「石綿」ともいう。）などでつくった多孔質の膜を用いる。アスベストは人体に有害である。
なお、水酸化ナトリウムのことを苛性ソーダ（かせい）ともいう。
銅の鉱石を、コークスCなどとの加熱反応で還元したものは、純度が約99％で、粗銅とよばれる。粗銅には、亜鉛や銀などの不純物が含まれるので、純度をあげためには、不純物を分離する必要があり、そのために電解が利用されている。
硫酸銅（II）水溶液をもちいる。そのさいの電極（陽極）に、純度をあげたい銅を用いる。つまり、粗銅を陽極に用いる。純度の高い銅を陰極に用いる。電気分解により、次の反応が起こる。
陽極からは、銅だけが溶け出すのではなく、イオン化傾向の大きい鉄や亜鉛やニッケルなども溶け出す。しかし陰極で析出するのは、ほとんど銅だけなので、よって陰極にて高純度の銅が得られる、という仕組みである。
粗銅中に含まれている銀や金はイオン化傾向が銅よりも小さいため、陽極の下に沈殿する。これを陽極泥（ようきょくでい、anode slime）という。
陰極には純度の高い純度99.99%程度の銅が析出する。これを純銅という。
アルミニウムやマグネシウムやアルカリ金属やアルカリ土類金属はイオン化傾向が大きいため、そのイオンをふくむ溶液を電気分解しても、アルミニウムなどの単体は得られない。そこで、イオン化傾向の大きい金属を電気分解で得たいときは、塩や酸化物を融解し、これを電気分解することで単体を得る。このような方法を、溶融塩電解（ようゆうえん でんかい）という。
酸化アルミニウムAl2O3の電気分解によって、アルミニウムが得られる。
酸化アルミニウムAl2O3は、鉱石のボーキサイト（Al2O3・nH2O）から、つくられる。そのボーキサイトからの酸化アルミニウムのつくりかたの説明は省略する（検定教科書でも、くわしい説明は省略）。Al2O3は、アルミナとも呼ばれる。
アルミニウムを得たい場合、アルミナAl2O3は融点 2072 °Cと非常に高いため、そのままでは融解させづらい。そこで融点を下げるため、氷晶石Na3 AlF6（融点 1012℃）を、割合が氷晶石9.5重量%ほど加えると、溶融温度が下がり、融点が約970℃になる。これを炭素電極によって電気分解によって、陰極で、アルミニウムができる。
陽極では、電極の炭素が空気中の酸素と反応して、COやCO2ができる。
この一連のアルミニウムの電解方法をホール・エルー法（Hall-Héroult process）という。
1A（アンペア）の電流が１秒間、流れこんで貯まったときの電気量を1クーロンという。記号はCである。
電気量をQ[C]とすると、電流i[A]で時間t秒の電流を流した場合は、Q[C]とi[A]とt[S]の関係は、
である。
1molの電子がもつ電荷は約96 500 Cである。そこで、この96 500 C/mol をファラデー定数（Faraday constant）という。
電子1個の電荷は
である。
計算を実際にしてみると、電子1個の電荷に、1モルぶんの粒子の個数を掛け算したものは、下記のように、たしかにファラデー定数になる。
この法則を、電気分解におけるファラデーの法則という。
AgNO3の電気分解では、電流1Fで物質量1molのAgが析出する。なぜなら、Agは1価であり、反応式は
のように反応するからである。
CuSO4の電気分解では、電流1Fで0.5molのCuが析出する。なぜなら、Cuは2価であり、反応式は
のように反応するから、銅を1分子析出させるのに電子が2個必要だからである。
H2SO4の電気分解では、電流1Fで0.5molのH2が発生する。反応式は
のように反応するから、水素H2を1分子発生させるのに電子が2個必要だからである。
これ等の例のように、発生物の物質量を求める場合の手順は、
というふうに計算する。


化学反応や状態変化に伴って熱エネルギーの出入りが起こる時の熱のことを反応熱(heat of reaction)という。反応熱には燃焼熱、溶解熱(heat of dissolution)、中和熱(heat of neutralization)、生成熱、融解熱、蒸発熱(heat of evaporation)、昇華熱などがある。熱量の単位にはJ(ジュール)を使う。反応熱の表記は、1molあたりの熱量（単位はkJ/mol）で表すことが多い。
化学反応式の右辺に反応熱を記し、両辺を等号で結んだ式を熱化学方程式(thermochemical equation)または熱化学反応式という。
たとえば、炭素（黒鉛）の1molを燃焼させた場合の熱化学方程式は次のようになる。
水素を燃焼させた場合、次のようになる。
反応熱は、上の式のように右辺に表す。
反応熱を測定するには、外部からの熱の出入りのない断熱した容器が必要である。反応熱などの熱量を測定するための測定器を熱量計という。反応熱の熱量計には、燃焼熱測定用のボンベ熱量計や、溶解熱測定用熱量計などがある。
ボンベ熱量計の測定原理は、試料を燃焼させた後に、容器内の水の温度変化を測定することで燃焼熱を測定する方式である。
図のように、固体の水酸化ナトリウムから塩化ナトリウムを生成する反応には2つの経路があるが、どちらの経路で合成を行っても、出入りする熱量（反応熱）の総和は同じである。
化学反応の反応熱は、反応途中の経過には影響しない。反応の始めの状態と反応の終わりの状態によってのみ、反応熱が決定する。このことをヘスの法則という。
水素分子1molに432kJのエネルギーを与えると、結合を切り離すことができる。この結合を切り離すのに必要なエネルギーは、結合の強さを表すと考えて、この結合の切り離しに要したエネルギーを結合エネルギー(bond energy)と言う。結合エネルギーは1molあたりのエネルギーで示されるのが通常である。
たとえば水素の結合の切り離しを熱化学方程式で表すと、以下の様になる。
検定教科書では、よく練習問題で、COの生成熱を求めさせる問題が出題される。
解法は、図より
よってCOの生成熱は 111 kJ/mol である。
気体や液体、固体などといった状態変化も同様に、経路によらず、発生する熱量の総和は一定である。
同じ結合でも、周辺の分子の配置や数によって、すこしだけ結合エネルギーが変わってくる。そのため、正確な結合エネルギーの値は、分子ごとに違ってくる。高校では、ふつう、これら周辺分子の影響は扱わないので、無視してよい。
以上の表での結合エネルギーは、おおよそのエネルギーであり、正確なエネルギーの値は分子ごとに違うので、学校のテスト問題などを解くときは問題文を参照のこと。
3個以上の分子は、結合の数が複数になる。この分子の全ての結合を切り離すのに必要なエネルギーを解離エネルギー(bond dissociation energy)という。通常は1molあたりの切り離しのエネルギー量で解離エネルギーを表す。
解離エネルギーは、その分子の持つ全ての結合の結合エネルギーの総和である。H2やO2などの結合を一個しか持たない分子では、結合エネルギーの値と解離エネルギーの値は一致する。
反応熱や生成熱は、反応の前後の物質の結合エネルギーが分かっている場合は、計算で求められる。その物質の、反応後の結合エネルギーの総和から、反応前の結合エネルギーの総和を引いた値で、反応熱を近似できる。
「近似」といったのは、分子間引力などの、結合の変化以外にもエネルギーが使われる場合があるからである。
である。
（※ 数研出版の教科書、第一学習社の教科書などで紹介されている。）
金属結合や、イオン結合の結晶、共有結晶（ダイヤモンド）などの、結晶を構成するために必要とされるエネルギーのことを「格子エネルギー」という。この格子エネルギーは直接には測定できないので、ヘスの法則で間接的に求める。
化学の用語で、「エンタルピー」というのがあるのだが、これは何かというと、エンタルピーとは、内部エネルギーUに、圧力Pと体積Vの掛け算 PV を足したもののことである。
物理学では、加えた熱エネルギーをQとすると、熱は物質内部に内部エネルギーUとして蓄えられて内部エネルギーの変化分ΔUに寄与するか、または体積変化による膨張の力学的仕事 PΔV を行うので、
のような公式が（物理学では）知られている。
さて、あまり学問的には深い意味が無いのだが、たいていの化学反応の実験では、普通、圧力が一定なので、
となる。
熱力学の別の理論で、もともとエンタルピーHという物理量があり、
と定義されている。これを差分形を下記のように式変形すると、
と式変形できるので、
もし圧力一定の環境なら、
とも表せる。
だが、あくまでも、圧力一定の環境でしか成り立たないので、あまり、この式に深い意味は無い。
なので、たとえば右に再掲したヘスの図の表などでは、縦軸の「エネルギー」のところを、「エンタルピー」と書いてもいい。


水 H2O に、塩化ナトリウム NaCl を、混ぜると、塩化ナトリウムは水中に拡散していき、やがて肉眼では見えなくなる。そして、混ぜた食塩の量が少なければ、水中にも食塩は沈殿しない。このように、液体に混ぜた物質が、沈殿や凝集物を作らず、液中に拡散することを溶解（dissolution）という。そして、水のように他のものを溶解する物体を溶媒（ solvent）という。塩化ナトリウムのように溶けた側の物質を溶質（ solute）という。
溶媒が液体の場合に、溶解によって生じた均一な混合液体を溶液（solution）という。
この例の場合は、食塩の量をもっと増やすと、やがて、かき混ぜても、溶けきらずに、時間が経てば底に食塩の沈殿が貯まるようになる。
このように、一定量の溶媒に溶ける溶質の量には限度がある。この溶ける限度の限界まで、溶質が溶けている状態の溶液を飽和溶液（saturated solution）という。これに対して、溶質がまだ溶ける溶液を不飽和溶液という。
塩化ナトリウムNaClを水に溶かすと、ナトリウムイオンNa+と塩素イオンCl-のような、正負のイオンに分かれる。このように溶解の際に、イオンに分かれる現象を電離（でんり, ionizasion）という。そして、水に解けて電離する物質を電解質（でんかいしつ, electrolyte）という。
グルコースの溶液は、水に溶けても電解しない。このような水に溶けても電解しない物質を非電解質という。
電解現象と溶解とを混同しないように注意しよう。
電解質のうち、塩化ナトリウムの水溶液と、酢酸の水溶液との比較をすると、酢酸は溶解をするし電離もするが、塩化ナトリウムよりも電離しづらいことが分かっている。
電解質のうち、塩化ナトリウムのように電離をしやすい物質を強電解質という。酢酸のように、溶液中のイオンの電離が弱いが、電離をしている物質を弱電解質という。
水分子の酸素原子が分子中の電子を引き付けるため、酸素原子は負の電荷を帯び、水素原子は正の電荷を帯びる。このような分子を極性分子(polar molecule)という。
塩化ナトリウムを水に入れると、電離したそれぞれのイオン原子１個ずつについて、ナトリウムイオンNa+は水分子の陰性の酸素原子と引き合い、塩素イオンCl-は水分子の陽性の水素原子と引き合う。その結果、イオン原子は、周囲を水の分子によって囲まれる。
このように、溶質原子が水分子によって取り囲まれる現象を水和（すいわ, hydration）という。溶媒が水でない場合には、イオンが溶媒に取り囲まれるこのような現象は、溶媒和(solvation)と呼ばれる。
食塩の水和では、ナトリウムイオンでは隣に水分子の酸素原子の側が来る。塩素イオンでは、隣に水分子の水素原子の側が来る。
水和しているイオンを水和イオン(hydrated ion)という。
エタノールC2H5OHやグルコースC6 H12 O6 などは水に良く溶ける。このエタノールの分子は、分子中にヒドロキシ基 OH を持つ。エタノールでは、このヒドロキシ基の部分が、水分子と水素結合を生じて、エタノール分子が水和をする。グルコース分子も、実はヒドロキシル基を持っており、このヒドロキシ基の部分が、水分子と水素結合を生じて、グルコース分子が水和をする。
このエタノール分子中のヒドロキシ基のように、水和されやすい原子団の部分を親水基（しんすいき, hydrophilic group）という。水和されやすい性質を親水性(hydrophilicity)という。
これに対して、ベンゼンC6H6などは水に溶けない。このような分子は極性をもたない無極性分子である。一般に、親水基を持たない無極性分子は、水には溶けない。
また、エタノール分子中のエチル基C2H5の部分は、極性を持たず、この部分は水和には寄与していない。この分子の他にも、一般の炭化水素CmHnは無極性で、水和には寄与しない。このような、炭化水素のみからなりエタノールと違って親水基を持たない炭化水素分子は水和されにくい。このような親水性をもたない原子団を疎水基（そすいき, hydrophobic group）という。水和されにくい性質を疎水性(hydrophobicity)という。
無極性分子からなるヨウ素I2やナフタレンC10 H8 は、無極性分子の液体であるベンゼンC6 H6や、四塩化炭素CCl 4 （テトラクロロメタン）には、よく溶ける。
このように無極性分子の物質は、無極性分子の液体に溶けやすい。いっぽう、極性分子の物質は、極性分子からなる水に溶けやすいのであった。
これらのように、一般に極性の似ている分子は溶けあいやすい。
ある一定の温度で、ある一定の質量の溶媒に対して、溶質を溶かして、溶質が溶けきる最大限の飽和溶液を得た場合、その飽和溶液に溶けている溶質の量を溶解度(solubility)という。つまり、溶解度とは、未混合の溶媒に対して、「この溶媒は、これから、どれだけの溶質を溶かせるか」という能力のことである。溶解度と濃度とは、別の概念なので、混同しないように。
溶解度の数値の表し方は、２種類ある。
一般的なのは、溶媒の質量100gに対して、溶かせる溶質の質量の割合[g/100g]、またはその溶質の質量[g]で定義する方法である。
溶解度の単位は、無次元で表す場合もあるが、無次元だと状況が分かりづらいという考えのもと、[g/100g]や、[g]などと表す場合もある。
溶解度は、溶媒の温度によって変化する。溶媒が水の水溶液の場合、水の温度によって、溶解度は変化する。
水に溶かす溶質では、一般に水の温度が高まるほど、ほとんどの溶質で、溶解度は高まる。ただし、例外的に水酸化カルシウムCa(OH) 2など、いくつかの分子では、温度上昇によって溶解度が下がる物質もある。
溶解度の温度変化をグラフで表したものを溶解度曲線(solubility curve)という。
不純物の混ざった混合物の固体に対して、その各成分の溶解度が大きく異なる場合は、その混合質を、熱した溶媒に飽和するまで溶かし、飽和後に冷却をしていけば、溶解度の小さい物質の側から先に、結晶が析出をしていくので不純物を取り除ける。このように、何らかの方法で溶質の結晶を析出させて不純物を取り除き精製する方法を再結晶法(recrystallization)という。
「再結晶」という語について、この例では、水溶液を用いた再結晶を紹介したが、「再結晶」とは、なにも水溶液にかぎらず、何らかの方法で結晶をいったん溶解または溶融させて、そのあとに結晶を析出させてえられた結晶ならば、一般に再結晶という。
なお、溶媒を冷却していく時に、あらかじめ他の実験で得られた、その物質の、平均的な溶解度を超えるまで冷やしても、析出しない場合がある。このように通常の溶解度を超えて溶質を含んでいる状態を過飽和（かほうわ, supersaturation）という。溶質を溶解度よりも過飽和に含んでいる溶液のことを過飽和溶液という。過飽和の状態は不安定であるので、過飽和溶液の場合は、少量の撹拌や振動などが加わるだけで、結晶の析出を始める。
溶質の種類によっては、再結晶法で結晶分子中に水分子が化合した結晶が得られる場合がある。このように結晶分子と化合している水を結晶水あるいは水和水という。結晶水は、加熱などによって除去できる場合が多い。
結晶から水和水を除去することを無水化などという。無水化して得られた結晶水を含まない固体を無水物（むすいぶつ, anhydride）という。
結晶が水和水を含む物質に対する溶解度の定義は、無水物の質量を、溶質の質量とみなして、溶解度を定義する。
砂糖水や食塩水は、100℃にしても沸騰しない。
不揮発性の溶質を溶媒に溶解させると溶液の沸点が上昇する現象を沸点上昇(boiling-point elevation)という。
純溶媒の沸点t1 [K]と溶液の沸点t2[K]との沸点の差Δtb=t2- t1 [K] を沸点上昇度(boiling-point elevation constant)という。
水が蒸気になる時に、水に溶けていた溶質は蒸気からは追い出され、蒸気には溶質は混じらない。このときに、溶質を追い出すためには、蒸気にエネルギーを与えなければならない。その結果、溶質がなかった場合より、高い温度にしないと沸騰しないのである。
沸点上昇Δtb は質量モル濃度c[mol/kg]に比例するので、式で書けば、
である。
なお、「質量モル濃度」とは、その溶媒 1kgあたりに溶けている、溶質のモル数のことである。
なお、沸点上昇度Δtbの比例係数をKb とした。比例係数Kb の単位は、[K/(mol/kg)]つまり[K・kg/mol]で定義される。この比例係数Kb　[K・kg/mol]をモル沸点上昇(molal boiling-point elevation constant)という。
真空ポンプなどで水が入った溶液の周囲の気体を減圧していくと、100℃にならなくても沸騰する。このときの気体圧を飽和蒸気圧(saturated vapor pressure)という。この飽和蒸気圧が、溶液では下がり、より減圧しないと沸騰しなくなる。このことを蒸気圧降下(vapor pressure depression)という。
砂糖水や食塩水を冷やしても0℃では凍らない。このように不揮発性の溶質を溶媒に溶かすと溶媒の凝固点が下がる。
水が氷になる時に、溶質を追い出す。このときに、溶質を追い出すためには、溶質の動きを押さえなければならない。その結果、溶質がなかった場合よりも低い温度にしないと氷にならないのである。
不揮発性の溶質を溶媒に溶解させると溶液の凝固点が下がる現象を凝固点降下(freezing-point depression)という。
純溶媒の凝固点t1 [K]と溶液の凝固点t2[K]との凝固点の差Δtf=t1- t2 [K] を凝固点降下度(freezing-point depression constant)という。
凝固点降下度は質量モル濃度 m [mol/kg] に比例するので、凝固点降下度 Δtf の比例係数を Kf としたとき、つまり
の比例係数 Kf の単位は、 [K/(mol/kg)] つまり [K・kg/mol] で定義される。この比例係数 Kf　[K・kg/mol] をモル凝固点降下(molal freezing point depression constant)という。
右図のように、冷却による温度変化と時間との関係をあらわしたグラフのことを冷却曲線という。
液体を冷却していって凝固点になっても、すぐには凝固しない。この状態を過冷却（かれいきゃく、supercooling）という。
冷却が進んで凝固点よりも少し温度が下がってから、凝固点まで温度が上がり、凝固が始まる。
凝固点降下と過冷却の関係は、右図のグラフのようになる。
セロハンは、水分子など小さな分子は通すが、スクロース分子などの大きな分子を通さない。このように、分子サイズの小さな分子を通し、分子サイズの大きな分子を通さない膜を半透膜（semipermeable membrane）という。
半透膜には、セロハン膜の他にも、動物の膀胱膜（ぼうこうまく）や、セルロースを硝酸でニトロ化した化合物の一種のコロジオン(collodion)という物質から作られるコロジオン膜や、生物の細胞膜がある。
ろ紙はセルロースなどの溶質を通してしまうため、ろ紙は半透膜ではない。
U字管の下部を半透膜で仕切って、片側に純水を入れ、もう片方にスクロース溶液を入れると、純水の一部がスクロース溶液の側に移動して、純水の液面が下がる。この現象を浸透という。このように両溶液に濃度差がある場合は、溶液を薄めて濃度差を無くそうとする力が働くので、この濃度差を無くそうとする力を浸透圧（osmotic pressure）という。
両液の水位を等しくするには、スクロース水溶液に圧力を加えないといけない。この圧力の大きさを浸透圧の大きさとする。
浸透圧を数値化する際や数式化する際に、純水を基準にして、純水と溶液との浸透圧を、単に浸透圧と言って用いる場合が多い。
絶対温度Tで、濃度c[mol/L]の溶液の浸透圧Π[Pa]は、気体定数をRとして、
Π = cRT
であることが知られている。
モル濃度c[mol/L]は、溶液中のモル数をn[mol]として、その体積をV[m3]とすれば、
である。（1L=1000cm3なので、モル濃度を体積に換算できる。）
これを浸透圧の公式に代入して、
という式が得られる。このように、気体の状態方程式 PV = nRT と似た形の式が得られる。この ΠV = nRT の式を浸透圧に関するファントホッフの式という。
直径がおよそ10-9mから、10-7mの粒子をコロイド粒子(colloid)という。デンプンはコロイド粒子である。
コロイド粒子はろ紙を通過できるが、半透膜を通過できない。
コロイド粒子が液体中に均一に分散している液をコロイド溶液という。
コロイド粒子を分散させている液体を分散媒（ disperse medium）といい、コロイド溶液中のコロイド粒子を分散質（ dispersoid）という。
セッケン分子は、親水性の水に水和しやすい部分と、疎水性の水とは水和しない部分とからなる。 疎水性の部分が、まるで疎水コロイドと同じように集まり、その結果としてセッケン分子は数百個ほど集まる。しかし、分子に親水性の部分があるので、まるで保護コロイドのように、セッケン分子は沈殿せず、コロイド溶液であり続ける。
このセッケン分子が凝集する際、親水性の部分を外側に向けて集まり、疎水性の部分は内側に向けて集まる。 セッケン分子の集合体のように、親水基と疎水基を持つ分子が、親水基を外側に向けて集合したものをミセルという。
このようなコロイドを会合コロイド（association colloid）という。会合コロイドは親水コロイドの一種に分類される。
デンプンやタンパク質の分子は大きく、分子1個でコロイド粒子として存在する。このようなコロイドを分子コロイド(molecular colloid)という。
溶媒には本来溶解しない不溶性物質が細かく分散される事によって構成されるコロイド。 炭素や水酸化鉄など疎水コロイドの多くを占める。
沸騰している水に、塩化鉄FeCl3 を少量ほど加えると、赤色の水酸化鉄Fe(OH)3 のコロイド溶液ができる。
Fe(OH)3 は水に不溶であり、これのコロイド溶液は不溶のFe(OH)3 が水に分散したものである。このような不溶の物質が分散したコロイド溶液を分散コロイド(dispersion colloid)という。
U字管にコロイド溶液を入れ、電極を用いて、直流電圧を掛けておくと、コロイド粒子はいっぽうの電極の側に移動する。
電気を用いて液体の中から特定の粒子を移動させる現象を電気泳動（electrophoresis）という。
このことから、コロイド粒子は電荷を帯びている事が分かる。コロイド粒子は溶液ごとに、正または負の電荷を帯びている事が分かる。
水酸化鉄 Fe(OH)3 は正に帯電している。コロイド粒子が正に帯電している場合を正コロイド (positive colloid)という。また水酸化アルミニウムAl(OH)3は正に帯電している。水酸化アルミニウムも正コロイドである。
一般に金属の水酸化物と液体との混合物がコロイド溶液になる場合は、正コロイドであることが多い。
負電荷び帯電するコロイドを負コロイド(negative colloid)という。負コロイドの具体例は、粘土、イオウS、CuS などの金属硫化物、デンプン,Au, Ag, Pt, などである。
コロイドが沈殿しないのは、この帯電によって、互いの粒子どうしを反発させているからである。
では、なぜコロイドが電荷を帯びるのか。水酸化鉄Fe(OH)3のコロイドが正に帯電するのは、化合物中のOH基の部分が、溶液中の陽イオンのH+あるいはFe+を吸引しやすいからだと考えられている。
セッケンのコロイドでは、コロイド粒子そのものがイオン化している。
セッケンは
と電離する。
水酸化鉄Fe(OH)3 のコロイド溶液に、少量の電解質を加えるとコロイドが沈殿する。
粘土のコロイド溶液に電解質を加えても同様に沈殿をする。
水酸化鉄は正コロイドであり、粘土は負コロイドであることから、この沈殿現象はコロイドが正負どちらの電荷でも生じる。
少量の電解質で沈殿するのは、最初に加えた電解質によって、コロイド粒子に反対符号のイオンが吸着し、その結果、分子間力が増えた結果、凝集しあって沈殿するからである。
このように少量の電解質で沈殿するコロイドを疎水コロイド(hydrophobic colloid)という。疎水コロイドが少量の電解質で沈殿する現象を凝析（ぎょうせき, flocculation）という。
海水の陽イオンによって粘土のコロイドが凝集する。これは地理で習う三角州の形成の原因である。
いっぽう、デンプンやタンパク質のコロイドは、多量の電解質を加えないと沈殿しない。このデンプンやタンパク質の化学式を見ると、-OH基や-COOH基や-NH2基などの基がある。これらは水と吸着しやすい親水性の原子団の親水基である。
このため、沈殿させるには、水との吸着を無くすために多量の電解質を加えて、溶液全体のイオンにおける、水の影響を薄めて吸着を無くさなければならない。電解質を加えても溶液全体の電荷の合計自体は同じだが、水素結合は、他の結合よりも強いことを思いだそう。
デンプンやタンパク質などのように、水和しているコロイドを親水コロイドという。
親水コロイドに多量の電解質を加えて沈殿させることを塩析（えんせき, salting out）という。
電気泳動に関して、親水コロイドは水和のため、疎水コロイドと比べて、親水コロイドは移動速度が小さい。
疎水コロイドと親水コロイドとを混ぜたコロイド溶液は、どういった特性を持つだろうか。
疎水コロイドが、電解質を加えても沈殿しにくくなる。
親水コロイドは疎水コロイドと吸着しても、親水コロイドの親水性のため、少量の電解質を加えても親水コロイドは沈殿しない。その親水コロイドと吸着した疎水コロイドは、吸着している親水コロイドが少量の電解質では沈殿しないため、一緒の疎水コロイドも少量の電解質では沈殿しない。
このように親水性の高い親水コロイドとの吸着を仲立ちとして疎水コロイドが沈殿しづらくなる現象を、親水コロイドによる保護あるいは保護作用といい、この親水コロイドによる疎水コロイドの保護を目的として加える親水コロイドを加えた場合、その親水コロイドを保護コロイドという。
保護コロイドの例として、タンパク質の一種であるゼラチンや、墨汁に含まれるニカワなどがある。
ゼラチンもニカワも親水コロイドでもある。
インキに含まれるアラビアゴムも保護コロイドである。ゴムというと、つい連想で輪ゴムのような固体状のものを連想しがちかもしれないが、このアラビアゴムの純物質は、多糖類であり、水溶性が高い親水コロイドである。
ゼラチンのコロイド溶液を冷やすと固体状に固まる。寒天のコロイド溶液を冷やすと固体状に固まる。
このようにコロイド溶液が冷えて固まったものをゲル(ドイツ語：Gel)という。
ゲルを乾燥させたものをキセロゲル(xerogel)という。高野豆腐やシリカゲルは、キセロゲルである。
乾かした寒天やゼラチンなどもキセロゲルである。キセロゲルを水につけると水を吸って膨らむ。これを膨潤（ぼうじゅん）という。
コロイド溶液とも言う。
コロイド粒子が分散している流動性のある溶液のこと。
コロイド粒子が光を散乱させ、光の通路が輝いて見える現象。
コロイド粒子が、熱運動する分散媒粒子に衝突されて行う不規則な運動。
水50mLとエタノール50mLを混ぜると、合計の容積は97mLになり、単独の液体の体積の単純な和よりも小さくなる。
これは、エタノール分子の方が水分子より大きいため、エタノール分子の間に水分子が入り込んでいるためである。


3～12族までの元素を遷移元素、1,2族、13～18族の元素を典型元素という[1]。
典型元素は、1族から順に18族まで価電子数が規則的に変化する。価電子の数は18族は0であり、その他は族番号の1の位と等しい。価電子の数が周期的に変化するため、それに伴って性質も周期的に変化する。したがって、同じ族に属している元素（同族元素）は互いに似た化学的性質を持つ。
典型元素はさらに、それぞれの性質から次のような分類がされる。
一方、遷移元素は価電子数はほとんど変化せず、周期性も見られないが、周期表の隣り合う元素と互いに似た化学的性質を持つことが多い。
典型・遷移元素という分類の他、次のような分類のしかたもある。
金属とは、金属光沢があって、展性・延性をもち、電気や熱を伝えやすい性質をもった物質のことであり（→物質と原子）、単体がこの性質をもつ元素を金属元素と呼んでいる。遷移元素はすべて金属元素である。金属元素の原子は陽イオンになることが多い。また、単体が
金属でない元素を非金属元素と呼び、17・18族はすべて非金属元素である。18族はイオンになりにくく、また1族の水素は陽イオンになることが多いが、その他の非金属元素は陰イオンになることが多い。
物質と原子の章で学んだように、元素を原子番号の順に並べた表を周期表と呼ぶ。
周期表の中で、左上の水素と、右上にある典型元素は非金属元素であり、その他中央～左下にかけては金属元素が分布している。ただし、ホウ素やケイ素など、金属元素と非金属元素の境目にあるような物質は、金属と非金属との中間的な性質をもつものが多い。
ある原子から、電子を1個取り去って陽イオンとするために必要なエネルギーを、第1イオン化エネルギーと呼ぶ。これを単にイオン化エネルギーとも呼ぶ。これが小さければ小さいほど陽イオンになりやすく、そのような性質をもった元素を陽性が強いという。また、ある原子の最外殻電子に電子を1つ加えて陰イオンとする時に原子が放出するエネルギーを電子親和力と呼ぶ。これが小さければ小さいほど陽イオンになりやすく、そのような性質をもった元素を陽性が強いという。電子親和力が大きいということは陰イオンの状態の方が安定だから陰イオンになりやすく陰性が強い。
同じ周期の中では、族番号が小さいほどイオン化エネルギーが小さくなる。また、電子親和力は族番号が大きいほど大きくなる。同じ族の中で比較すると、周期が次になるほどイオン化エネルギーは小さくなり、電子親和力は小さくなる。したがって、周期表の中では、右上の元素ほど陰性が強く、左下の元素ほど陽性が強いということがいえる。


この記事では高校化学の解説をする。無機物質では無機物質の性質について学ぶが、暗記が大きな比重を占める。有機化合物では炭素が関わる化合物について学ぶ。高分子化合物では分子量の大きい化合物について学ぶ。人間の体や服などの繊維は高分子化合物によって出来ている。


2つ目の操作は、「HCl酸性のまま～」ではないでしょうか？


ガラス、セメント、陶磁器などのように、無機物質に加熱処理などしたものを、セラミックスという。
また、このようなセラミック製品を製造する産業を、セラミック産業または窯業（ようぎょう）という。
窯は「かま」の事である。
原材料にケイ酸塩化合物を用いることが多いことから、ケイ酸塩工業ともいう。
セラミックスには下記のように多くの種類があるが、ほとんどのセラミックス材料に共通する性質として、
材料によっては、例外もある。
また、後述する「ニューセラミックス」「ファインセラミックス」では、セラミックに他の材料などを混ぜるなどをして、特性を改良ているため、上記の特性の例外となる場合もある。
なお、「硬い」という長所は、加工のさいには「展性が無い」ので加工が難しいという短所でもある。
建築用のセメント（cement）は、原料に、石灰石、砂、砂利、酸化鉄、粘土、セッコウなどを含んでいる。製造のとき、石灰石が高熱で処理され、酸化カルシウム CaO になる。
セメントは、水をくわえると、発熱しながら、やがて硬化する。
また、コンクリート（concrete）は、セメントに、砂利、砂、水をくわえて、固めた物である。
セメントおよびコンクリートの、水により固まる反応の化学式については、多くの反応が関わっており、複雑なので省略する（高校化学の検定教科書でも、説明を省略している）。
なお、セメントに砂を混ぜたものは、「モルタル」（mortar）という。
セメントおよびコンクリートには、カルシウム Ca が含まれている。
なお、セッコウは、硬化を遅らせて調節するために添加されている。
コンクリートは圧縮の力には強いが、引っ張りの力には弱いので、引っ張りにつよい鉄筋を入れた鉄筋コンクリート（reinforced concrete 、RC）として用いる。
コンクリートは、材料中の水酸化カルシウム Ca(OH)2 により、塩基性を示す。また、この塩基性により、内部の鉄筋が酸から保護される。空気中の酸性物質などにより、コンクリートはしだいに中性に中和されていき、そのため強度がしだいに低下していく。また、鉄筋を保護していたコンクリートが劣化すると、内部の鉄筋も酸に腐食されやすくなっていく。
ガラスはケイ酸塩を主成分として、Na、K、などを含んでいる。
ガラスの結晶構造は不規則であり、また、一定の融点を持たない。高温にすると、やわらかくなり、水あめ のように軟らかくなる。冷えると、固まる。
ガラスの結晶のように、不規則なまま硬化している結晶構造を、アモルファス（非晶質）という。
ガラスは無色透明であるが、金属酸化物をくわえると、その種類に応じて着色する。
ほぼ二酸化ケイ素だけで出来ている高純度のガラスを、石英ガラスといい、紫外線の透過性が高く、また耐熱性も高いので、光学機器や耐熱ガラスや光ファイバーなどに利用されている。
しかし、石英ガラスは耐熱性が高すぎるため融点が高く、製造時の溶融加工が容易でないので、一般のガラス製品には添加物をくわえて融点を下げたソーダ石灰ガラスなどが用いられている。
窓ガラスなどに用いられる一般のガラスは、ソーダ石灰ガラスであり、SiO2のほか、Na2OとCaOを主成分としている。
このソーダ石灰ガラスの製法は、けい砂（主成分 SiO2）に、炭酸ナトリウム（Na2CO3）や石灰石を添加して作る。
ガラスを高温に熱していったとき、ガラスが軟らかくなり始める「軟化点」（なんかてん）または「軟化温度」という。ソーダ石灰ガラスの軟化点は630℃だが、石英ガラスの軟化点は1650℃と、かなり高い。
なお、理科実験などで用いるビーカーやフラスコなど、理科学器具に用いられるガラスの材質には、ホウケイ酸ガラスが用いられている。
ホウケイ酸ガラスは、ホウ砂（主成分 B2O3）とケイ砂からなるガラスである。ホウケイ酸ガラスは熱膨張率が低く、そのため耐熱性も高く、耐食性も高いことから、理科実験器具用のガラスとして用いられている。
鉛ガラスは密度が大きく、また、X線など放射線の吸収能も大きいため、放射線遮蔽窓として用いられる。
また、鉛ガラスは屈折率も大きいため、光学レンズとしても用いられる。
粘土や砂、岩石の粉などを焼き固めて、陶磁器がつくられる。
陶器は約1000℃で焼き固めてて作られ、磁器は約1400℃で焼き固めて作られる。
焼き固めとは、高温にすることで、粒子の表面が部分的に融け、そのあと冷ましていくことで、粒子どうしが接着する。
これらの焼き物の表面には、焼く前に、石英などの粉末からなる上薬（うわぐすり）が表面に用いられている。上薬のことを、釉薬（ゆうやく）ともいう。
焼く時に、上薬が融けて、ガラスになる。また、表面がガラスで保護されることで、吸水性がなくなる。
Al2O3は硬くて丈夫なので、さまざまな材料に用いられる。
研磨剤にも、アルミナは用いられている。
アルミナは絶縁性も高く、そのためICチップなどの絶縁材にも用いられる。（参考文献、『セラミック材料』、工業高校教科書、文部科学省）
おまけにアルミナは熱伝導性も比較的よく、そのため電気回路で生じたジュール熱を外部に放散しやすいので、温度上昇による誤動作を防ぎやすくて好都合である。
また、医療用の人工骨などにアルミナ材料の人工骨を用いてても、拒否反応などを起こさず、生体適合性が良い。なお、自然には人体にアルミナは接着しないので、ボルトなどで人工的に人工骨を既存の骨に固定する必要がる。
ケイ素 Si は、シリコンともいい、半導体の材料として、かなり高純度のシリコン（Si）に、導電性を適度に高めるための添加物を加えたものが用いられている。
酸化ジルコニウム ZrO2 およびそれに添加物を加えた材料では、結晶中に自然に生じた欠陥が、まるでシリコン半導体でいう導電性を高めるための添加物と似た役割を生じて、酸化ジルコニウム中の欠陥が酸化ジルコニウムの導電性に影響を与える。その結果、酸化ジルコニウムは、空気中の酸素濃度により導電性が変わる。このため、酸化ジルコニウムは酸素センサとして用いられる。
酸化チタン TiO2 は、光が当たると、有機物を分解する。この有機物の分解作用のため、光の当たった酸化チタンは、殺菌や消臭などの効果をもつ。酸化チタンそのものは減らずに残り続けるので、触媒的に働くことから、このような光のあたった酸化チタンによる分解作用が、光触媒（ひかりしょくばい）と呼ばれる。
この分解のエネルギー源は、酸化チタンが紫外線を吸収し、そのエネルギーによって酸化チタンの酸化力が高まり、そして有機物を分解する。
さて太陽電池としても、酸化チタンは利用されている。酸化チタンそのものは紫外線しか吸収しないため効率が低いため、色素を添加して、色素に可視光を吸収をさせて、そのエネルギーを酸化チタンが利用できるように工夫した太陽電池が開発されており、色素増感型（しきそぞうかんがた）太陽電池と言われている。（「色素」そのものはセラミックではない。混同しないように。色素は一般に有機高分子である。）
また、色素と光によってエネルギーを得る仕組みが、植物の光合成の仕組みに似ていることから、生物学的にも興味を持たれている。
この他、酸化チタンは白色であり、人体に無害なので、化粧などの白色顔料としても用いられている。
このほか、超親水性（ちょうしんすいせい）という性質があり、水に濡れても水滴にならず、水が全体に広がるので、自動車のフロントガラスなどの添加剤に応用されている。
酸化スズ SnO2 では、表面に酸素を吸着する性質がある。そして、プロパンガスや一酸化炭素などにさらされると、吸着された酸素が燃焼して、もとの酸化スズに戻る。この吸着と酸素の離脱のさい、導電性が変わるため、プロパンガスなど可燃性ガス濃度を測るセンサーとして用いられる。
そもそもコンデンサーには、電気を通さない性質が求められる。つまりコンデンサーの材料は、絶縁物質であるべきである。そもそも、コンデンサーは、誘電分極（ゆうでん ぶんきょく）を利用した素子だから。もし、金属のように電気を通してしまうと、そもそもコンデンサーとしての役割を持たない。
セラミックは電気を通さないため、コンデンサーとして適切であり、じっさいにコンデンサーとしてセラミック材料は利用されている。
なお、セラミックは、絶縁材料としても、活用される。
コンデンサー材料としては、チタン酸バリウム BaTiO3 などがある。
チタン酸ジルコン酸鉛 PbTiO3 や チタン酸バリウム BaTiO3 などに圧力をくわえると、電圧が発生する。これを利用して、圧力センサーなどに用いる。なお、チタン酸バリウムは、コンデンサー材料としても用いられている。このように、圧電の仕組みと、コンデンサーの誘電分極の仕組みとは、関連性がある。
なお、このような圧電性の材料に交流電圧をくわえると、振動をすることから、音波や振動の発生源としても用いられる。さらに、振動の共振周波数（その物体が振動しやすい周波数）が、その振動体に加えられた圧力や荷重などの外部の力によって変化することから、圧力センサーなどにも圧電材料が応用されている。
ハイドロキシ アパタイトは、骨の主成分でもある。そのため、ハイドロキシアパタイトでつくった人工骨は、もともとの骨に接着しやすく、拒否反応なども起こりにくいので、医療用の人工骨などに利用される。なお、拒否反応などが無くて、生体に接着しやすい性質を、生体親和性という。
炭化物のセラミックスの中には、硬度がかなり高く、また適度に靭性もあり、丈夫なものがある。このため、炭化チタン TiC などは切削工具などに用いられる。炭化ケイ素や窒化ケイ素なども、耐熱性が高い。
自動車エンジンやガスタービンなどに、これらの耐熱セラミックスが用いられる。
半導体や、いくつかのセラミックスには、温度の上昇にともなって、電気抵抗が下がるものがある。
なお、金属では、温度が上がると、電気抵抗が上がる。
半導体やセラミックスの、このような、温度上昇にともなって電気抵抗が下がる特性が実用化されており、電子機器での温度変化時の電圧など出力の安定化のための部品に利用したり、あるいは温度センサなどに利用されたりしている。


炭素を含む化合物を有機化合物(organic compound)という。しかし、一酸化炭素

CO

{\displaystyle {\ce {CO}}}
 や二酸化炭素

CO
2

{\displaystyle {\ce {CO_2}}}
 、炭素

C

{\displaystyle {\ce {C}}}
自身は は例外的に有機化合物ではなく無機物質として扱われる。デンプンや糖類、エタノール、酢酸、脂肪などは有機化合物である。
もともと生物に関係する物質を有機物、鉱物から得られる物質を無機物質と分類していた。
かつて有機化合物は生物だけが作れると考えられていた時代もあったが、1828年にドイツのウェーラーが、無機物質のシアン酸アンモニウム NOH4CN から尿素 CO(NH2)2 を合成したことにより、無機物質から人工的に有機物質が合成できる事が分かった。
有機化合物は前章までに学習した無機化合物とは、大きく異なる特徴をもつ。
炭素 C と水素 H のみからなる化合物を炭化水素（hydrocarbon）という。炭化水素の構造が、さまざまな有機化合物の構造では、基本的な構造になる。
有機化合物の分子は、炭素原子のつながった構造を骨格として持つ。この炭素原子の結合のしかたにより、有機化合物は2種類に分かれる。
さらに、炭素原子の骨格の形によっても2種類の分類がある。
したがって、有機化合物は大まかに、鎖式飽和化合物、鎖式不飽和化合物、環式飽和化合物、環式不飽和化合物の4つに分類することができる。特に、鎖式で飽和の炭化水素を総称してアルカン(alkane)と言い、環式で飽和の炭化水素をシクロアルカン(cycloalkane)という。また、炭素原子間の二重結合を1つもつ鎖式不飽和炭化水素をアルケン(alkene)と言い、三重結合を1つ持つ鎖式不飽和炭化水素をアルキン(alkyne)という。これらについては後ほど学ぶ。


炭素を含む化合物を有機化合物(organic compound)という。しかし、一酸化炭素

CO

{\displaystyle {\ce {CO}}}
 や二酸化炭素

CO
2

{\displaystyle {\ce {CO_2}}}
 などは例外的に有機化合物ではなく無機物質として扱われる。デンプンや糖類、エタノール、酢酸、脂肪などは有機化合物である。
もともと生物に関係する物質を有機物、鉱物から得られる物質を無機物質と分類していた。
かつて有機化合物は生物だけが作れると考えられていた時代もあったが、1828年にドイツのウェーラーが、無機物質のシアン酸アンモニウム NOH4CN から尿素 CO(NH2)2 を合成したことにより、無機物質から人工的に有機物質が合成できる事が分かった。
有機化合物は無機化合物とは、大きく異なる特徴をもつ。
炭素 C と水素 H のみからなる化合物を炭化水素（hydrocarbon）という。炭化水素の構造が、さまざまな有機化合物の構造では、基本的な構造になる。
有機化合物の分子は、炭素原子のつながった構造を骨格として持つ。この炭素原子の結合のしかたにより、有機化合物は2種類に分かれる。
さらに、炭素原子の骨格の形によっても2種類の分類がある。
したがって、有機化合物は大まかに、鎖式飽和化合物、鎖式不飽和化合物、環式飽和化合物、環式不飽和化合物の4つに分類することができる。
さらに環式化合物はベンゼンを含むものを芳香族化合物と分類する。
芳香族化合物でない有機化合物を脂肪族化合物という。
脂肪族炭化水素のうち、特に、鎖式で飽和の炭化水素をアルカン(alkane)と言い、環式で飽和の炭化水素をシクロアルカン(cycloalkane)という。また、炭素原子間の二重結合を1つもつ鎖式不飽和炭化水素をアルケン(alkene)と言い、三重結合を1つ持つ鎖式不飽和炭化水素をアルキン(alkyne)という。
線形表記とは、炭素を線分で表し、炭素に結合する水素を省略した記法である。この記法は有機化合物の構造が見えやすくなり、また、構造式を書くときの煩雑さが少なくなるという利点がある。この線形表記は高校ではあまり教えられず、大学入試でも構造式を記述する際は炭素と水素を省略しない記法で記述することを求められるが、Wikibooksでは炭素骨格が見えやすくなることから、有機化合物に対する理解が深まることや、インターネットでも線形表記を用いた構造式が多数存在することから、学習者にとって利益があると考えて、線形表記を教えることにする。
太字で書いた結合は画面(紙面)の表に、点線で書いた結合は画面(紙面)の裏に飛び出るものとする。こうすることで、化合物の三次元構造を二次元で表現できる。
ある原子の構造を持つ化合物は特徴的な性質を示すことがある。この原子の集まりを官能基という。官能基によって化合物の性質を推測することができる。
以下では重要な官能基を紹介する。
フェノール類[2]
エタナール
IUPAC命名法では炭素の数を次の数詞で表すのでまずはこれを覚えてほしい。
直線状のアルカンは上の接頭辞のあとに接尾辞 "ane" をつけることで命名する。
例
枝分かれのある場合は、まず一番長い炭素鎖を選ぶ。そして側鎖をアルキル基とみて結合している炭素を番号で表す。
アルケンは上の接頭辞のあとに接尾辞 "ene" をつけ、二重結合している炭素を番号で表すことで命名する。
例
CH
3

−
CH
=
CH
−

CH
3

{\displaystyle {\ce {CH3-CH=CH-CH3}}}
 but-2-ene (2-ブテン)
アルキンは上の接頭辞のあとに接尾辞 "yne" をつけ、三重結合している炭素を番号で表すことで命名する。
例
CH
≡
C
−

CH
3

{\displaystyle {\ce {CH#C-CH3}}}
 prop-1-yne (1-プロピン)
有機化合物の構造を直接調べることは容易ではないが、その組成式を実験により推定することは比較的簡単である。組成と分子量が分かれば分子式を求めることができ、そこから化合物の構造を絞り込むことができる。
はじめに、ある化合物に含まれている元素の種類を推定する方法を紹介する。基本的に有機化合物は炭素と水素を主成分としてできているが、わずかに塩素原子や窒素原子などを含んでいるものもある。ある化合物にこのような特定の元素が含まれているかを実験で調べることができる。
酸化剤とともに熱して、酸化させる。
方法2: 完全燃焼させる。
CO2
H2O
NH3
近づけると、白煙を生じる。
まぜて加熱したあと、水に溶かす。
Na2S
さらに酢酸鉛（II）水溶液をくわえると、
硫化鉛（II）の黒色沈殿ができる。
CuCl2
銅の炎色反応（青緑色）が見られる。
もしこの化合物が炭素と水素のみ、あるいはこれらと酸素の3種類で構成されていることが分かっていれば、次の実験により化合物の組成式を推定することができる。実験方法
計算
炭素、水素、酸素の化合物である試料w [mg]の燃焼により水a [mg]と二酸化炭素b [mg]が生じたとする。このとき、発生した水の水素原子と二酸化炭素の炭素原子は、ともに試料に由来するものである。したがって、水に含まれる水素原子の質量と、二酸化炭素に含まれる炭素原子の質量は、試料に含まれていた水素原子と炭素原子の質量に等しい。原子量をH=1.0、C=12、O=16とすると、分子量がH2O=18、CO2=44であるから、
となる。すると、試料の残りは酸素原子でできているので、
となる。なお、水分子と二酸化炭素分子に含まれている酸素原子はすべて試料由来ではなく、吹き込んだ酸素が結合している分も含まれているので、水と二酸化炭素の質量から求めることはできない。
以上より、試料中の水素、炭素、酸素の質量を求めることができたため、元素の個数の比を求めることができる。元素1個あたりの質量の比は、原子量の比と等しく
であるから、試料に含まれている各原子の個数の比は、
で求められる。組成式は化合物中の原子の個数の比を表すものであるから、この比により組成式が求められる。
ある分子の分子式は、その分子の組成式を自然数倍したものであるから、分子量が求められれば、組成式の式量から現実の原子の個数を計算し、分子式を求めることができる。
分子式が同じでも、構造が異なる化合物を異性体という。特に、構造式が異なるものを構造異性体という。異性体には構造異性体の他にも原子の立体的な配置が異なる立体異性体も存在する。
分子式

C
4

H
10

{\displaystyle {\ce {C4H10}}}
 で表される有機化合物には次の2つがある。
このとき、ブタンと2-メチルプロパンは構造異性体の関係にあるという。


ベンゼンC6H6は6つの炭素原子が正六角形に結合し、その外側に水素原子がひとつずつ結合した環状構造をもつ。これら12個の原子はすべて同一平面上にある。
構造式は、炭素原子間の結合は二重結合と単結合が繰り返されているように書かれるが、実際は、炭素原子間の6つの結合はすべて等価であり、単結合と二重結合の中間の1.5重結合のような性質を持っている。
この特徴的な環構造をベンゼン環（benzene ring）という。ベンゼン環の構造は
などと略記する。この教科書では、いずれの書き方も用いる。
ベンゼンは、ベンゼン環の安定性のため、アルケンより付加反応を起こしづらい。だが、置換反応では、環の構造が保存されるため、ベンゼンは置換反応を起こしやすい。
ベンゼンスルホン酸は強酸である。
ニトロベンゼンは、無色の液体で、特有の甘い香りをもつ。ニトロベンゼンは、水に溶けにくく、水より重い（密度1.2g/cm3）。
ニトロベンゼンのように、炭素原子に直接ニトロ基が結合した化合物をニトロ化合物という。
ベンゼンでは付加反応はほとんど起こらないが、高温高圧下で触媒を用いると、水素が付加しシクロヘキサン C6H12 を生じる。
また、ベンゼンと塩素の混合物に紫外線を加えても、付加反応を起こし、ヘキサクロロシクロヘキサン C6H6Cl6  を生じる。
C14H10
ベンゼン環をもつ炭化水素を芳香族炭化水素（aromatic hydrocarbon）という。 芳香族炭化水素には、ベンゼンの原子が置換したトルエン（toluene、化学式:C6H5CH3）やキシレン、ベンゼンが2個結合したナフタレン（naphthalene、化学式:C10H8）、などがある。
これらの化合物は芳香を持つものが多く、人体には有害なものが多い。また、ベンゼンと同様に可燃性があり、引火すると、すすを多く出して燃える。
キシレンには、2つのメチル基の位置によって3種類の異性体が存在する。
o-,m-,p- はそれぞれ、オルト、メタ、パラと読む[1]。
2つの置換基がある場合、ある置換基に対して、そのすぐ隣の位置をオルト位、1つ空いて離れた位置をメタ位、ベンゼン環を挟んで正反対の位置をパラ位と呼び、それぞれ記号o-,m-,p-をつけて異性体を区別する。
混酸をもちいてトルエンをニトロ化すると、o-位やp-位がニトロ化されて、ニトロトルエン C6H4(CH3)NO2 が生じる。
さらにニトロ化すると、 2,4,6,-トリニトロトルエン（略称:TNT）が生じる。TNTは火薬の原料である。
ベンゼン環にヒドロキシ基 -OH が直接結合したものをフェノール類(phenols)と呼ぶ。フェノール類には、フェノールのほか、クレゾール、ナフトールなどがある。フェノール類は互いに似た性質を示す。
構造式を下に示すベンジルアルコールのように、ベンゼン環に直接ヒドロキシ基が結合しないものはフェノール類に属さない。
フェノール類の持つヒドロキシ基は水溶液中でわずかに電離し、弱酸性を示す。フェノール類の水溶液は、炭酸よりも弱い酸性を示す。
フェノール類は水にほとんど溶けないが、塩基水溶液と反応して塩となり水に溶ける。
ナトリウムフェノキシドの溶液に、フェノールよりも強い酸である二酸化炭素などをくわえると、フェノールが生じる。
また、フェノール類は、アルコールと同様に単体のナトリウムと反応し、水素を発生する。
フェノール類水溶液は塩化鉄(Ⅲ) FeCl3 水溶液を加えると青～赤紫色を呈する。この呈色反応はフェノール類の検出に利用される。
フェノールはベンゼン環の水素原子を1つヒドロキシ基で置換した構造である。
特有の匂いを持つ、人体には有毒な白色の固体である。石炭の乾留から得られるため石炭酸ともいう。
フェノールはベンゼンを原料として様々な経路により合成することができる。中でも、工業的にはクメン法(Cummene process)が重要である。
他にも、ベンゼンスルホン酸のアルカリ融解や、クロロベンゼンからフェノールを合成する方法も存在する。
なお、ベンゼンスルホン酸からの製法では水酸化ナトリウムを300℃前後で融解させるので、アルカリ融解とも言われる。
また、フェノールはコールタール（石炭の乾留から生じる液体）の分留によっても得ることが出来る。
フェノールは反応性が高く、さまざまな化合物を生じる。フェノールに臭素を反応させると、ヒドロキシ基に対してオルト位とパラ位の水素原子が臭素で置換され、2,4,6-トリブロモフェノールの白色沈殿を生じる。
また、フェノールに濃硫酸と濃硝酸を作用させると、ヒドロキシ基に対してオルト位とパラ位をニトロ化してピクリン酸を生じる。
ベンゼン環にカルボキシル基が直接結合した化合物を芳香族カルボン酸（aromatc carboxylic acid）という。一般に、水には溶けにくいが、水中ではわずかに電離して、水中では弱い酸性を示す。
また、水酸化ナトリウムなどの塩基の水溶液と中和して、塩を生じて、水に溶ける。
芳香族カルボン酸は、医薬品や染料の原料として、よく用いられる。
安息香酸（benzoic acid） C6H5COOH はベンゼン環の水素原子1つをカルボキシル基で置換した物質である。白色の固体で、水に溶けにくいが、熱水には溶け、水溶液中では弱酸性を示す。また、有機溶媒によく溶ける。弱酸性を示す。安息香酸は水酸化ナトリウム水溶液に加えると、安息香酸ナトリウムを生じて溶ける。しかし、塩酸などの強酸を加えると、弱酸である安息香酸は遊離し、白色結晶が析出する。
安息香酸は、触媒をもちいてトルエンの酸化により得られる。トルエンを二酸化マンガンを触媒として酸化するか、あるいは過マンガン酸カリウム水溶液中で加熱するかで、トルエンの側鎖 -CH3 が酸化されて安息香酸が得られる。
トルエンから安息香酸までの反応の際、おだやかな条件で酸化させると、まずトルエンのメチル基 -CH3 が酸化されアルデヒド基となり、-CHO基をもつベンズアルデヒド C6H5CHO が生じる。ベンズアルデヒドは無色であり、芳香をもち、空気中で徐々に酸化されて、しだいに安息香酸になる。
フタル酸 C6H4(COOH)2 はベンゼン環に2つのカルボキシル基が、互いにオルト位に結合した物質である。フタル酸は2つのカルボキシル基が近い位置にあるため、加熱により分子内脱水反応が起こり、無水フタル酸を生じる。
フタル酸の製法は、工業的には、o（オルト）-キシレンの酸化によって得られる。「オルト」とは、ベンゼン環での隣り合った位置どうしの関係のこと。
なお、バナジウムの触媒でナフタレンを酸化しても、無水フタル酸が得られる。
テレフタル酸はフタル酸の異性体であり、互いにパラ位に2つのカルボキシル基が存在する。フタル酸とは異なり、カルボキシル基が離れているため、加熱しても脱水反応は起こらない。テレフタル酸はペットボトルやワイシャツなどの素材となるPET（ポリエチレンテレフタラート）の原料である。テレフタル酸の製法は、工業的には、p（パラ）-キシレンの酸化によって得られる。
サリチル酸は、ベンゼン環にカルボキシル基とヒドロキシ基が互いにオルト位に結合した物質である。 サリチル酸は、ナトリウムフェノキシドから合成される。ナトリウムフェノキシドに二酸化炭素を高温・高圧下で反応させるとサリチル酸ナトリウムが作られる。そのサリチル酸ナトリウムに希硫酸を作用させると、サリチル酸が得られる。
サリチル酸は無色（白色）の結晶で、水にはわずかに溶けて酸性を示す。温水やエタノールにはよく溶ける。サリチル酸はベンゼン環に直接ヒドロキシ基が結合しているため、芳香族カルボン酸としての性質を持つと同時に、フェノール類としての性質も持つ。
また、サリチル酸のヒドロキシ基を無水酢酸でアセチル化（アセチル基-OCOCH3での置換反応）すると、アセチルサリチル酸となる。アセチルサリチル酸は「アスピリン」とも呼ばれ、解熱鎮痛剤として広く用いられている。
サリチル酸のカルボキシル基をメタノールでエステル化すると、サリチル酸メチルとなる。サリチル酸メチルは湿布薬などに消炎剤として用いられる。
アンモニア NH3 の水素基を炭化水素基で置換した化合物をアミン（amine）といい、炭化水素基がベンゼン環の場合は芳香族アミン（aliphateic amine）という。
芳香族アミンは弱塩基性であり、また、アンモニアに化学的性質が似ている。
アニリンはベンゼンの水素原子1つをアミノ基で置換した物質である。アニリンは無色油状の液体で（沸点185℃）、水に溶けにくい。アニリンを水と混ぜると、分離して下に沈む。アミノ基は弱塩基性を示すため、塩酸と反応するとアニリン塩酸塩 C6H5NH5Cl を生じて、水に溶ける。
アニリン塩酸塩に、水酸化ナトリウムのような強塩基の水溶液を加えると、油状のアニリンが遊離する。
アニリン溶液は、さらし粉の水溶液を加えると、酸化されて赤紫色になる。この呈色反応はアニリンの検出反応として重要である。
また、アニリンを硫酸酸性二クロム酸カリウム水溶液で酸化すると黒色物質を生じる。これはアニリンブラック（aniline black）と呼ばれ、黒色染料や黒色顔料として用いられる。
アニリンの製法は、実験室ではニトロベンゼンから合成される。ニトロベンゼンにスズと塩酸を加えて加熱すると、還元され、アニリン塩酸塩を生じる。この水溶液に水酸化ナトリウム水溶液のような強塩基を加えて、アニリンを遊離させる。アニリンは水に溶けず分離するため、ジエチルエーテルを加えてアニリンをエーテルに溶かし抽出する。エーテル層と水層の2層に分離するため、エーテル層のみを取り出してエーテルを蒸発させると、アニリンが得られる。
アニリンに無水酢酸を作用させると、アミノ基がアセチル化され、アセトアニリド C6H5NHCOCH3 を生じる。アセトアニリドは無色無臭（白色）の固体であり、解熱鎮痛剤の原料となる。
この反応では、アミノ基とカルボキシ基との間で分子間脱水した結合-NH-CO-を生じている。この結合はアミド結合と呼ばれ、タンパク質やアミノ酸を構成する結合としても重要である。
アニリンに希塩酸を加えてアニリン塩酸塩とし、これを5℃以下に冷却しながら亜硝酸ナトリウム水溶液を少しずつ反応させると、塩化ベンゼンジアゾニウム C6H5N2＋Clー を生じる。
このように、-N+≡Nを含む化合物ジアゾニウム化合物と呼び、このようにジアゾニウム塩を生じる反応をジアゾ化（diazotization）と呼ぶ。
塩化ベンゼンジアゾニウムは非常に不安定な物質であり、常温ではフェノールと窒素に分解してしまう。そのため、低温に冷却して反応を進行させる必要がある。
塩化ベンゼンジアゾニウム水溶液にナトリウムフェノキシド水溶液を加えると、p-ヒドロキシアゾベンゼン（p-フェニルアゾフェノール）を生じて橙赤色を呈する。このようにジアゾニウム塩と他の芳香族化合物からアゾ化合物を生成する反応をジアゾカップリング(diazo coupling)と呼ぶ。
分子中にアゾ基 -N=N- を持つ物質をアゾ化合物(azo compound)と呼ぶ。アゾ化合物は様々な色をもち、染料として用いられるものもある。
芳香族アゾ化合物は、一般に、黄色〜赤色、橙色の化合物であり、染料（アゾ染料）や顔料として用いられる。
またメチルオレンジやメチルレッドもアゾ化合物であり、水溶液中のpHによって色が変わるので、pH指示薬として用いられているものも存在する。
芳香族カルボン酸･･･炭酸水素ナトリウム
と反応して水層にうつる
芳香族アミン･･･塩酸と反応して水層にうつる
フェノール類･･･水酸化ナトリウムと反応して水層にうつる(中和反応)
オルト・パラ配向性の置換基のベンゼン1置換体はオルト位とパラ位での置換反応を起こしやすい。
これは、オルト・パラ配向性の置換基はベンゼン環に電子を供与するため、置換反応が起きやすくなることによる。
メチル基はオルトｰパラ配向性なのでトルエンをニトロ化すると、o-ニトロトルエンまたはp-ニトロトルエンが生成する。
メタ配向性の置換基のベンゼン1置換体はオルト位とパラ位での置換反応を起こしにくいため、メタ位での置換反応を起こしやすい。
メタ配向性の置換基はベンゼン環の電子を吸引するため、置換反応が起きにくくなる。
ベンゼンの異性体のひとつ、o-キシレンは、想像図のように2通りが考えられそうだが、じっさいには1通りしかない。
なぜなら、そもそもベンゼン環の環の部分のあいだの結合は、単結合と二重結合の中間の状態の結合になっているからである。
このように、単結合と二重結合の中間の状態の結合のある現象を共鳴という。
ベンゼン環が共鳴をしているという事は、つまり、価電子が、特定の2個の炭素原子間に束縛されず、ベンゼン環のリング全体に円周状に均等に広がって存在しているという事である。このような現象を、電子の非局在化という。この性質によりベンゼン環は安定性が高い。
ベンゼン環が共鳴していることを明記したい場合、
でベンゼン環を表記する場合もある。
共鳴してる構造式は下図のように両矢印でつないで書き、 ［ ］ で囲って表す。


ベンゼンの1置換体（たとえばトルエンなど）に、さらに置換反応を行わせた場合、2つめの置換基の位置は、すでに結合している置換基によって決まる。
トルエンをニトロ化させた場合、オルトｰパラ配向性である。
よって、o-ニトロトルエンまたはp-ニトロトルエンが出来る。
このような実験事実にもとづき、「CH3はオルトパラ配向性である」という。
このように、もとから存在した側の置換基が配向性の基準になる。
なので、もとから存在した側の置換基を配向性の基準にする。
ニトロベンゼンのニトロ化物をつくる反応の結果は、通常の反応では、メタの位置に結合した生成物である m-ジニトロベンゼン がほとんどである。このことから、（ベンゼンにもとからついていた最初のニトロ基のほうの）ニトロ基を「メタ配向性である」のように言う。


液体に溶けた物質が、シリカゲルなどの吸着材のあいだを移動するとき、物質ごとに移動速度に差が出る。この現象を利用して混合物を分離することをクロマトグラフィーという。
つぎのような種類がある。


鉄鉱石からの鉄の精錬では、赤鉄鉱 Fe2O3 などの鉄鉱石を溶鉱炉でとかし、炭素などを加えて還元し、また不純物をとりのぞくため石灰石 CaCO3 を加える。石灰石によりシリカSiO2やアルミナAl2O3などの脈石（岩石を構成する成分のこと。）が分離される。
このようにして得た鉄を銑鉄（せんてつ）という。
石灰石は、鉱石中のケイ酸塩と反応しスラグ CaSiO3 を形成し、スラグは比重が銑鉄より軽いため、スラグは銑鉄に浮かぶので、これを溶鉱炉から分離する。スラグはセメントの原料になるので、スラグは廃棄せず分離して回収する。
また、炭素や石灰石などの添加は、融点を下げる役割も有る。凝固点降下と同じ原理である。一般に混合物は融点が下がる。
銑鉄は還元に用いた炭素Cを多く含む。
炭素を4%以上より多く含む鉄など、鉄中の炭素が多いと、粘りが無くなり、衝撃などに対して脆く、硬いが割れやすくなる。
このような鉄は、割れやすいが混合物のため融点が低く、また流動性も良いため鋳造（ちゅうぞう）に用いられる。そのため、このように炭素含有量の多い鉄は鋳鉄（ちゅうてつ）と呼ばれる。
しかし鋳鉄は割れやすいため、鋳造以外の他の用途には不便である。
丈夫な鉄を得るには銑鉄の炭素量を適量に減らす必要があり、転炉で酸素を加えて燃焼させて取り除く。転炉には、酸素吹き込み転炉などを用いる。この酸素吹き込みの酸化熱が、鉄を溶かし続ける熱源に使える。
炭素含有量を減らして炭素Cを0.02%～2%ほど含む鉄を鋼（こう）という。
鋼の中の炭素および他の合金成分の量が少ないと、鋼は柔らかくなり、比較的に軟らかい鋼を軟鋼（なんこう）という。
炭素量および他の合金成分が多いと、鋼は固くなるので、このような、固い鋼を硬鋼（こうこう）という。
鉄鉱石の還元反応は以下の反応である。
溶鉱炉内では段階的に還元し、
と還元していく。
添加物のため融点は下がり、およそ1400℃で融解し、溶鉱炉の底に溶けた鉄がたまる。
なお、1200℃での反応の式について、温度が高くなりすぎると、逆方向に反応が進んでしまいCO2によるFeの酸化が起きるので、1200℃程度を保つ必要がある。
鋼にCrやNiを混ぜた合金がステンレス鋼である。このステンレス鋼は化学的な耐食性が高い。
銅の鉱石には黄銅鉱CuFeS2がある。精錬にはまず、黄銅鉱を溶鉱炉で溶かす。溶鉱炉にはコークスCおよびケイ砂SiO2を加える。
硫化銅Cu2Sは「かわ」とよばれる。この硫化銅は炉の下層に沈む。FeSiO3 は上層に分離する。溶鉱で発生したFeSiO33は「からみ」という。なおFeSiO3 の式をFeOSiO2と書く場合もある。
この硫化銅を転炉で空気を吹き込むと、銅が遊離する。
転炉で作った銅を粗銅（そどう）という。粗銅の純度は98.5%程度である。
粗銅の純度を上げる目的で金属のイオン化傾向を利用した電気精錬が行われる。粗銅を陽極にして、純銅板を陰極にして硫酸銅CuSO4水溶液中で電気分解すると、陰極に純度が高い銅（99.97%程度）が析出する。
このように電気精錬で得た銅を電気銅という。
この電気銅が、現在（西暦2013年に記事を執筆）、用いられている銅材料の原料である。
なお、電気精錬の際に、銅中に銀Agや金Auなどの不純物が混ざっていると、電気精錬の際に、銀や金はイオン化傾向が銅よりも低いのでイオン化せず、金や銀が陽極の下に沈殿する。この沈殿を陽極泥という。
電気銅は、まだ水素や硫黄などの不純物が含まれており、それらの不純物を取り除くため電気銅のあとにも精錬は続く。
特に、銅への水素の混入は、水素脆性（すいそぜいせい）という金属材料が脆くなる原因になるので、取り除かなければならない。
銅の特徴として、銅は電気の伝導性がよく、また熱の伝導性も良い。なお、一般に純金属の熱伝導性と電気伝導性は比例する。
アルミニウムの精錬は、鉱石のボーキサイトからアルミナAl2O3を抽出する工程と、アルミナAl2O3から電解してアルミニウムを得る工程からなる。
アルミニウムの天然の鉱石はボーキサイト（bauxite）といい、ボーキサイトの化学式はAl2O3・nH2Oである。ボーキサイトに濃い水酸化ナトリウム溶液NaOHを加えてアルミン酸ナトリウム2Na[Al(OH)4]が得られる。正確にはテトラヒドロキドアルミン酸ナトリウムという。
アルミン酸ナトリウム2Na[Al(OH)_4]の溶液を冷却し、加水分解がおこると水酸化アルミニウムAl(OH)3 の沈殿が析出する。
生じたAl(OH)3 を分離して、このAl(OH)3を1200℃に加熱して酸化アルミニウムAl2O3にする。
これらのボーキサイトからアルミナまでの工程をバイヤー法という。
Al2O3 はアルミナという。アルミナは融点が高く、約2000℃の融点なので、融点を次の融解塩電解という処理で下げる。
まず、氷晶石を加える。すると融点が下がる。これを電解してアルミニウムにする。
この氷晶石を用いたアルミナの融解の方法をホール・エルー法という。
※ 化学１でも電気分解を紹介してるので、読者は必要に応じ参照されたい。
工程は以下のとおり。
アルミナAl2O3（融点 2072 °C）に氷晶石Na3 AlF6（融点 1012℃）を、割合が氷晶石9.5重量%ほどになるまで少しずつ加える。氷晶石はアルミナにとって不純物であり、不純物との混合によって溶融温度が下がり、融点が約970℃になる。
溶融したアルミナを電気分解によって、精錬する。
また、このように添加物を加えて融点を下げ、溶融させて電解する方法を融解塩電解または溶融塩電解という。
溶融塩電解による精錬は、アルミニウムの他に、酸化マグネシウムMgOからマグネシウムMgを精錬する場合や、酸化チタンTiO2からチタンTiを精錬する場合に用いられる。
ちなみにアルミナAl2O3 はセラミック材料として様々な優れた性質を持っている。
酸化マグネシウム（マグネシアという）や酸化チタンもセラミックス材料として優れた性質を持っている。
アルミニウムやマグネシウムなどのように酸化物からの精錬に手間が掛かる材料は、裏を返せば、アルミナやマグネシアのように酸化物はセラミックスとして安定した性質を持っているということでもある。


センター試験などの大学入試などから、教科書では習わなくても、下記のような知識を知ってることが前提になっている。
いちおう、日常生活であつかうことの多い物質を検定教科書で教えることになっているが、ページ数の事情などがあり、検定教科書では会社ごとに説明してなかったりする。
なお、資料集や参考書にも書いてあるので、いちいちセンター過去問を教科書代わりに読む必要は無い。
（家庭用のガスで「プロパンガス」とか言われるように、）そもそもプロパンは燃焼する。（プロパンの燃焼熱の計算が、2017年のセンター『化学』追試験で出た。）
メタンやエタンやプロパンの燃焼熱の計算とか、よく入試に出やすい。
エチレン C2H4 も燃焼する。（※ 2013年センター試験の化学Iの本試験で、エチレンの燃焼熱の計算が出題。）
炭素や黒鉛は火をつけるなどすれば燃えるが、ダイヤモンドやフラーレンも燃焼する。（※ 2009年センター化学Iの本試験で燃焼熱の計算が出題。）
ビタミンC（アスコルビン酸）は、還元性が高いので、飲料品などで酸化防止剤として使われる。
緑茶飲料などに、よくビタミンCが酸化防止剤として加えられている。
なお、菓子などの食品にある「食べられません」とか書いてある酸化防止剤の中身は、主に鉄粉である。(※ 参考文献: 中学2年の理科の検定教科書で、大日本図書（教科書会社）の検定教科書に書いてある) 鉄のほうが酸化しやすいので、身代わりとして鉄を酸化させることにより、食品本体の酸化をふせいでいる。なお、鉄なので、けっして電子レンジに入れないように、器をつける必要がある。
塩化カルシウム CaCl2は、空気中などの水分を吸収するので、除湿財や乾燥剤としても（塩化カルシウムは）用いられる。
乾燥剤は、このほかにもシリカゲル、塩化カルシウムなどがある。（2010年センター試験で、乾燥剤に用いられる物質を問う出題あり。）
シリカゲルとは、ケイ酸 H2SiO3 を加熱乾燥したもの。
塩化カルシウムは中性の乾燥剤である。
また、塩基性の乾燥剤として、酸化カルシウム、ソーダ石灰、がある。
ソーダ石灰とは酸化カルシウム CaO と水酸化ナトリウム NaOH の混合物のこと。ソーダ石灰を得るには、酸化カルシウムを濃い水酸化ナトリウム溶液にしみこませて、これを焼いて加熱乾燥させる。塩基性なので、酸性物質の乾燥には、用いられない。
アンモニアの発生の実験で、よくソーダ石灰が用いられる。
なお、アンモニアの実験では、塩化カルシウムは反応してしまうので用いることができない。
このほか、酸性の乾燥剤として、十酸化四リン、濃硫酸、などの乾燥剤がある。塩基性の材料の乾燥では、これら酸性の乾燥剤は用いられない。

ナトリウム Na の炎色反応は黄色である。（※ なので、ときどき台所のガスレンジで塩に引火したとき、黄色の炎がでるわけだ。）
アンモニアは肥料の原料としても用いられる。（※ 世間では、よく「窒素肥料」などとも言いますね。）
「ケイ酸塩工業」という語彙。


物質は温度・圧力によって物質の状態が変化する。物質自体は同じであり、状態だけ変わるので物理変化である。化学変化とは違うので注意すること。
どの物質にも、固体・液体・気体の3つの状態がある。これを 物質の三態（さんたい、three states） という。
一般に、物質の温度や圧力を変化させていくと、物質の状態が変わる。
物質の三態は、物質を構成する粒子の集合する状態によって決まり、粒子の熱運動の激しさと、分子に働く引力との関係によって決まっている。
・固体から液体になる変化を融解、液体から気体になる変化を蒸発(気化)と呼ぶ。気体から液体になる変化を凝縮(液化)、液体から固体になる変化を凝固と呼ぶ。固体から気体になる変化を昇華、気体から固体になる変化を凝華という。
状態が変わっても物質の名前は変わらない。ただし例外として水(H2O)がある。水は固体を特別に氷、液体を水、気体を水蒸気と呼ぶ。また、液体窒素など慣用的に呼ばれるものもある。ただしどのような状態でも化学式は変わらない。
また、純物質において固体が液体になる温度は物質ごとに決まっており、その温度をその物質の融点と呼ぶ。同様に液体が気体になる温度をその物質の沸点と呼ぶ。大気圧での水の融点は0度、沸点は100度である。
ふつうの純物質は、温度と圧力が決まると、その状態が決まる。
温度と圧力によって、その物質がどういう状態をとるかを表した図を状態図（phase diagram）という。
図に、水の状態図と、二酸化炭素の状態図を表す。
図の中央付近にある3本の曲線が交わったところは三重点(triple point)といい、気体・液体・固体の状態が共存する。
なお、図中にある 1.013×105Pa は、大気圧である。図より、大気圧で水の融点は0℃、沸点は100℃であることが分かり、たしかに実験事実とも一致してる。
また、物質の温度と圧力を高めていき、温度と圧力がそれぞれの臨界点（critical point）を超える高温・高圧になると、その物質は超臨界状態（supercritical state）という状態になり、粘性が気体とも液体ともいえず（検定教科書の出版社によって「気体のような粘性」「液体のような粘性」とか、教科書会社ごとに記述が異なる）、超臨界状態は、気体か液体かは区別できない。
二酸化炭素の超臨界状態ではカフェインをよく溶かすため、コーヒー豆のカフェインの抽出に利用されている。
物質はどんなに冷却しても、-273.15℃(0K)までしか冷却しない。この温度のことを絶対零度（ぜったい れいど）という。（※ 詳しくは『高等学校物理/物理I/熱』で習う。）


実際の気体はボイル・シャルルの法則は、高温・低圧の場合はよく当てはまるが、低温・高圧の場合には、ずれが大きくなってくる。ボイル・シャルルの法則が、厳密に成り立つ気体を考えると、計算の都合がいい。このような、ボイル・シャルルの法則が厳密に成り立つ想像上の気体のことを理想気体（ideal gas）という。現実の気体を実在気体という。
分子の大きさと分子間力を考慮して、理想気体の状態方程式を改良したファンデルワールスの状態方程式がある。
ファンデルワールスの状態方程式は、
である。a,bは定数であり、aが分子間力、bが分子の大きさを反映したものである。
まず式中のaの係数について考えよう。
係数の

+

n
2

v
2

{\displaystyle +{\frac {n^{2}}{v^{2}}}}
が分かりづらいかもしれないが、プラス符号がついているのは、分子間力によって圧力が減少するからであり、そのためには、符号をプラスにする必要がある。
では、

+

n
2

v
2

{\displaystyle +{\frac {n^{2}}{v^{2}}}}
 をどう解釈するかを述べる。
先に結論を述べるが、
である。
では、この結論を導く。
まず、このような気体中の、ある1つの分子に作用する分子間力の大きさは、その分子の近くにあるまわりの分子の数に比例するので、よって、ある1つの分子に作用する分子間力の大きさは、気体の濃度

c
=

n
v

{\displaystyle c={\frac {n}{v}}}

に比例する。
そして、すべての分子が、このような分子間力を作用しあっている事を考慮する必要があるが、しかし分子間力の性質として、近くどうしの分子のみを考えれば充分なので、現実的には、単位体積中の分子数で計算する事になる。
単位体積中の分子数とは、つまり、その気体のモル濃度

c
=

n
v

{\displaystyle c={\frac {n}{v}}}
 である。
（なお、理想気体の式 pv＝nRT は、

P
=
c
R
T

{\displaystyle P=cRT}
と変形できたことも、思い出そう。）
結局、

+

n
2

v
2

{\displaystyle +{\frac {n^{2}}{v^{2}}}}
は、単に、
という計算である。
さて、bの係数について考えよう。
ボイル・シャルルの法則

P
V
=
n
R
T

{\displaystyle PV=nRT}
での体積Vとは、何かというと、これは気体分子が動ける空間である。だったら、それぞれの分子が動ける空間の体積は、その分子以外の他分子の体積を減算する必要がある。一般の気体の分子数は膨大なので他分子の数はn[mol]に比例すると見て良い。こうして、他分子の体積を減算した、気体分子が動ける分だけの体積

(
V
−
n
b
)

{\displaystyle (V-nb)}
を考慮すればよい。
このような気体における、上述のようなファンデルワールス方程式のような実験結果をひきおこす分子間力の原因は何だろう？
読者の高校生は、化学Iで「ファンデルワールス力」を習ったと思う。
このファンデルワールス力こそが、このような実在気体での、分子間力の原因だと考えられてる。
分子や原子では瞬間的な分極が頻繁に起きていて、つまり、瞬間的に、プラス電荷とマイナス電荷が分子の両端に発生していて、ほかの分子と電気的な引力をおよぼしあっている、・・・というような説が、定説である。(量子力学などによるエネルギーの「ゆらぎ」が、その瞬間的な分極の起きる根拠とされている。）
分極の影響は、たとえば磁石なら遠くにいくほど、測定位置から両極の距離がほぼ同じになり、そして反対符号のN極とS極の磁力が打ち消しあうので、磁石全体の影響は逆2乗よりも急激に減少していく。このような原理で、分極では、遠くの物体の影響は無視できるのである。
反応しあわない分子式の異なる気体を混合させた複数種の気体を、一つの密閉した容器に混ぜた気体を、混合気体という。
混合して生じた混合気体の圧力を、その混合気体の全圧という。
例として、２種の気体Aと気体Bを混ぜた混合気体を考える。混合気体の各成分AとBをそれぞれ別に、Aだけにして同じ容器に同じ温度で入れた時の圧力を気体Aの分圧（ぶんあつ）という。同様に、気体Bを気体Bだけにしておなじ容器に同じ温度で入れたときの圧力を気体Bの分圧という。
気体Aの分圧を

p
A

{\displaystyle p_{A}}
 として、気体Bの分圧を

p
B

{\displaystyle p_{B}}
 とすると、全圧pと分圧の間に次の関係が成り立つことが知られている。
p
=
p
A

+
p
B

{\displaystyle p=p_{A}+p_{B}}
このような、「全圧は分圧の和に等しい。」という関係式をドルトンの分圧の法則という。
気体成分が3個以上の場合でも、同様の結果が成り立つ。３種の場合は、気体A,B,Cについて、全圧と分圧の関係は、
p
=
p
A

+
p
B

+
p
C

{\displaystyle p=p_{A}+p_{B}+p_{C}}
である。気体成分の種類の数に関わらず、これらの「全圧は分圧の和に等しい。」という関係式をドルトンの分圧の法則という。
分圧の法則は、「混合気体でも、状態方程式が各成分単独の場合と同様に成り立つ」と仮定すれば、状態方程式から分圧の法則を導出できる。この法則は、気体成分の種類が何種類でも成り立つが、説明のため、気体成分は3種類と仮定しよう。混合気体の物質量について、以下のような関係が導出できる。
n
=
n
A

+
n
B

+
n
C

{\displaystyle n=n_{A}+n_{B}+n_{C}}
これを示そう。まず、状態方程式より、全圧の状態方程式を表すと、
p
v
=
n
R
T

{\displaystyle pv=nRT}
である。
このとき、分圧と物質量は、分圧の定義より、次の式になる。
p
A

v
=
n
A

R
T

{\displaystyle p_{A}v=n_{A}RT}
p
B

v
=
n
B

R
T

{\displaystyle p_{B}v=n_{B}RT}
p
C

v
=
n
C

R
T

{\displaystyle p_{C}v=n_{C}RT}
これ等の３個の式を足し合わせると
(
p
A

+
p
B

+
p
C

)
v
=
(
n
A

+
n
B

+
n
C

)
R
T

{\displaystyle (p_{A}+p_{B}+p_{C})v=(n_{A}+n_{B}+n_{C})RT}
これを、pv=nRTで割ると、
p
A

+
p
B

+
p
C

p

=

n
A

+
n
B

+
n
C

n

{\displaystyle {\frac {p_{A}+p_{B}+p_{C}}{p}}={\frac {n_{A}+n_{B}+n_{C}}{n}}}
また、物質量の

n

{\displaystyle n}
 と、

n
A

+
n
B

+
n
C

{\displaystyle n_{A}+n_{B}+n_{C}}
 との関係は、質量保存の法則より、以下の関係が成り立つ。
n
=
n
A

+
n
B

+
n
C

{\displaystyle n=n_{A}+n_{B}+n_{C}}
これより、
p
A

+
p
B

+
p
C

p

=

n
A

+
n
B

+
n
C

n

=
1

{\displaystyle {\frac {p_{A}+p_{B}+p_{C}}{p}}={\frac {n_{A}+n_{B}+n_{C}}{n}}=1}
つまり、
p
A

+
p
B

+
p
C

p

=
1

{\displaystyle {\frac {p_{A}+p_{B}+p_{C}}{p}}=1}
両辺に分母を掛けて
p
A

+
p
B

+
p
C

=
p

{\displaystyle p_{A}+p_{B}+p_{C}=p}
これは、分圧の法則に他ならない。
かくして、ドルトンの分圧の法則は導出された。
混合気体の物質量の総和に対する、各成分の物質量の比をモル分率という。
たとえば、３種類の混合気体A,B,CにおけるAのモル分率は

n
A

n

{\displaystyle {\frac {n_{A}}{n}}}

である。
同様に、Bのモル分率は、

n
B

n

{\displaystyle {\frac {n_{B}}{n}}}

である。
モル分率と全圧について、次の関係式が成り立つ。
各成分の分圧は、全圧にその成分のモル分率を掛けたものに等しい。
p
A

v
=
n
A

R
T

{\displaystyle p_{A}v=n_{A}RT}
 ・・・(1)
p
v
=
n
R
T

{\displaystyle pv=nRT}
 ・・・(2)
これより、(1)を (2)で割って、
p
A

p

=

n
A

n

{\displaystyle {\frac {p_{A}}{p}}={\frac {n_{A}}{n}}}
分母の全圧pを両辺に掛ければ、
p
A

=
p

n
A

n

{\displaystyle p_{A}=p{\frac {n_{A}}{n}}}
となり、命題「各成分の分圧は、全圧にその成分のモル分率を掛けたものに等しい。」を状態方程式から導出できた。以上。
水素H2などを水上置換法で集める場合を考える。水上置換法で集められる気体は、水蒸気の混じった混合気体である。捕集した気体の圧力には、水蒸気の分圧が含まれている。
この例の水素の場合、水素のみの分圧を求めたい場合は、捕集した気体の全圧から、水蒸気の分圧を差し引く必要がある。
つまり水素の分圧

p

H
2

{\displaystyle p_{H_{2}}}
は、全圧

P

{\displaystyle P}
から水蒸気の分圧

p

H
2

O

{\displaystyle p_{H_{2}O}}
を差し引いた値になる。
p

H
2

=
P
−
p

H
2

O

{\displaystyle p_{H_{2}}=P-p_{H_{2}O}}
大気圧下での水蒸気圧については表などで与えられるので、それを利用する。なお、参考値を言うと、温度t=27℃で、水蒸気圧は、およそ3.6kPa、あるいは単位を変えれば27mmHgである。
酸素と窒素のまじった大気中の空気などのように、２種類以上の気体が混在してる時、この混合気体を、仮に１種類の気体からなると仮定して、その気体の分子量[mol]を算出したものを平均分子量という。たとえば、空気は混合気体であり、主成分の窒素と酸素の物質量[mol]の割合が、
窒素：酸素＝4:1
であるが、モル質量が窒素28g/molであり、酸素は32g/molなので、空気の平均分子量は
28.0[g/mol] ×

4
5

{\displaystyle {\frac {4}{5}}}
 + 32.0[g/mol]×

1
5

{\displaystyle {\frac {1}{5}}}
= 28.8[g/mol]
となる。
実際にはアルゴンやニ酸化炭素なども含まれているので、これより少し式や値は変わるが、ほとんど同じ値になる。
以上の例では、大気中の空気を例に平均分子量を解説したが、なにも空気で何くても平均分子量は必要に応じて定義される。


エタノールC2H5OHやグルコース（ブドウ糖）C6 H12 O6 などは水に良く溶ける。このエタノールの分子は、分子中にヒドロキシ基 OH を持つ。エタノールでは、このヒドロキシ基の部分が、水分子と水素結合を生じて、エタノール分子が水和をする。グルコース分子も、実はヒドロキシ基を持っており、このヒドロキシ基の部分が、水分子と水素結合を生じて、グルコース分子が水和をする。
このエタノール分子中のヒドロキシ基のように、水和されやすい原子団の部分を親水基（しんすいき）という。水和されやすい性質を親水性という。
これに対して、ベンゼンC6H6などは水に溶けない。このような原子は極性をもたない無極性分子である。一般に、親水基を持たない無極性分子は、水には溶けない。
また、エタノール分子中のエチル基C2H5の部分は、極性を持たず、この部分は水和には寄与していない。この分子の他にも、一般の炭化水素CmHnは無極性であり、水和には寄与しない。このような炭化水素のみからなり、エタノールと違って親水基を持たない、炭化水素分子は水和されにくい。このような親水性をもたない原子団を疎水基（そすいき）という。水和されにくい性質を疎水性という。
無極性分子からなるヨウ素I2やナフタレンC10 H8 は、無極性分子の液体であるベンゼンC6 H6や、四塩化炭素CCl（テトラクロロメタン）には、よく溶ける。
このように無極性分子の物質は、無極性分子の液体に溶けやすい。いっぽう、極性分子の物質は、極性分子からなる水に溶けやすいのであった。
これらのように、一般に極性の似ている分子は溶けあいやすい。
ある一定の温度で、ある一定の質量の溶媒に対して、溶質を溶かして、溶質が溶けきる最大限の飽和溶液を得た場合、その飽和溶液に溶けている溶質の量を溶解度という。つまり、溶解度とは、未混合の溶媒に対して、「この溶媒は、これから、どれだけの溶質を溶かせるか」という能力のことである。溶解度と濃度とは、別の概念なので、混同しないように。
溶解度の数値の表し方は、２種類ある。
一般的なのは、溶媒の質量100gに対して、溶かせる溶質の質量の割合[g/100g]、またはその溶質の質量[g]で定義する方法である。
溶解度の単位は、無次元で表す場合もあるが、無次元だと状況が分かりづらいという考えのもと、[g/100g]や、[g]などと表す場合もある。
溶解度は、溶媒の温度によって変化する。溶媒が水の水溶液の場合、水の温度によって、溶解度は変化する。
水に溶かす溶質では、一般に水の温度が高まるほど、ほとんどの溶質で、溶解度は高まる。ただし、例外的に水酸化カルシウムCa(OH)など、いくつかの分子では、温度上昇によって溶解度が下がる物質もある。
溶解度の温度変化をグラフで表したものを溶解度曲線という。
不純物の混ざった混合物の固体に対して、その各成分の溶解度が大きく異なる場合は、その混合質を、熱した溶媒に飽和するまで溶かし、飽和後に冷却をしていけば、溶解度の小さい物質の側から先に、結晶が析出をしていくので不純物を取り除ける。このように、何らかの方法で溶質の結晶を析出させて不純物を取り除き精製する方法を再結晶法という。
「再結晶」という語について、この例では、水溶液を用いた再結晶を紹介したが、「再結晶」とは、なにも水溶液にかぎらず、何らかの方法で結晶をいったん溶解または溶融させて、そのあとに結晶を析出させてえられた結晶ならば、一般に再結晶という。
なお、溶媒を冷却していく時に、あらかじめ他の実験で得られた、その物質の、平均的な溶解度を超えるまで冷やしても、析出しない場合がある。このように通常の溶解度を超えて溶質を含んでいる状態を過飽和（かほうわ）という。溶質を溶解度よりも過飽和に含んでいる溶液のことを過飽和溶液という。過飽和の状態は不安定であるので、過飽和溶液の場合は、少量の撹拌や振動などが加わるだけで、結晶の析出を始める。
溶質の種類によっては、再結晶法で結晶分子中に水分子が化合した結晶が得られる場合がある。このように結晶分子と化合している水を結晶水あるいは水和水という。結晶水は、加熱などによって除去できる場合が多い。
結晶から水和水を除去することを無水化などという。無水化して得られた結晶水を含まない固体を無水物という。
結晶が水和水を含む物質に対する溶解度の定義は、無水物の質量を、溶質の質量とみなして、溶解度を定義する。


化学反応の反応速度は、注目した物質の変化の速度で表す。反応速度で濃度に着目するときは、モル濃度の変化速度で考えるのが一般である。
化学反応する物質Aが

Δ
t

{\displaystyle \Delta t}
 の間に濃度が

Δ
[
A
]

{\displaystyle \Delta [\mathrm {A} ]}
 変化したとすると、この反応速度

v
A

{\displaystyle v_{A}}
 は

v
A

=
|

Δ
[
A
]

Δ
t

|

{\displaystyle v_{A}=\left|{\frac {\Delta [\mathrm {A} ]}{\Delta t}}\right|}
  と表される。
ここで、絶対値がついているのは、反応速度を正の値にするためである。
Aが反応物で、Bが生成物の場合は、Aの濃度は減少するためため、

Δ
[
A
]
<
0

{\displaystyle \Delta [\mathrm {A} ]<0}
 なので、

v
A

=
−

Δ
[
A
]

Δ
t

{\displaystyle v_{A}=-{\frac {\Delta [\mathrm {A} ]}{\Delta t}}}
である。反応物Bの濃度は増加するため、

Δ
[
B
]
>
0

{\displaystyle \Delta [\mathrm {B} ]>0}
 より、

v
B

=

Δ
[
B
]

Δ
t

{\displaystyle v_{B}={\frac {\Delta [\mathrm {B} ]}{\Delta t}}}
  である。
具体的に、

H
2

+
I
2

⟶
2
HI

{\displaystyle {\ce {H2 + I2 -> 2HI}}}
 の反応速度について考えよう。
注目する物質が3種類あるので、濃度変化の速度の定義には、3通りの定義の仕方が生じる。物質によって、反応速度が違ってしまうと不便なので、そういうことが無くなるように、定義式で化学反応式の係数の逆数を濃度変化速度に掛けるのが一般である。
つまり、以上をまとめると、このHIの反応での３種類の物質の反応速度vの定義式は以下のようになる。
v
=
−

Δ
[
H
2

]

Δ
t

=
−

Δ
[
I
2

]

Δ
t

=

1
2

Δ
[
H
I
]

Δ
t

{\displaystyle v=-{\frac {\Delta [H_{2}]}{\Delta t}}=-{\frac {\Delta [I_{2}]}{\Delta t}}={\frac {1}{2}}{\frac {\Delta [HI]}{\Delta t}}}
なお、反応速度の単位には[mol/(l・分)]を用いるのが一般である。
以上は反応速度の定義式であった。
つぎに、実際の化学反応で、反応速度を性質を考えよう。まず、ヨウ化水素HIの生成の例で考えよう。水素[H]とヨウ素[I]の濃度を色々変えて実験された結果、次の結果が、実際の測定でも確認されている。
反応速度vは、左辺の反応物

[
H
2

]

{\displaystyle [H_{2}]}
と

[
I
2

]

{\displaystyle [I_{2}]}
の濃度に比例する。つまり、
v
=
k
[
H
2

]
[
I
2

]

{\displaystyle v=k[H_{2}][I_{2}]}
である。ただしkは、反応速度の比例定数。この式の意味を考えてみれば、反応が起こるには、反応に必要な物質どうしが接触または衝突することが必要なのであろうということが想像できる。
他の物質の化学反応の場合も考慮して、反応速度の一般の式を求めよう。
a[A]+b[B] +c[C]+  ・・・・ → x[X]+y[Y]+・・・・
となるとき、ほとんどの物質で、反応速度は次の式で表される。（「ほとんど」というように例外もある。例外の場合は後述する。まずは一般の場合から学習してほしい。）反応速度は、
v
=
k
[
A
]
a

⋅
[
B
]
b

⋅
[
C
]
c

{\displaystyle v=k[A]^{a}\cdot [B]^{b}\cdot [C]^{c}}
となる。
反応速度の式で、係数のaを[A]に乗じたりしているのは、たとえばa=3のときには、反応式
3[A] + b[B] ・・・・ → x[X]+y[Y]+・・・・
の式は、以下のように、
[A] + [A] + [A] + b[B] ・・・・ → x[X]+y[Y]+・・・・
のように書けるからである。
上記のような例に従わない場合の、代表的な例として

N
2

O
5

{\displaystyle N_{2}O_{5}}
がある。この物質の反応の仕組みも解明されているので、これを説明する。まず

N
2

O
5

{\displaystyle N_{2}O_{5}}
の反応式は、
2
N
2

O
5

→
2
N
2

O
4

+
O
2

{\displaystyle 2N_{2}O_{5}\rightarrow 2N_{2}O_{4}+O_{2}}
である。式から推定した反応速度vは、
v
=
k
[
N
2

O
5

]
2

{\displaystyle v=k[N_{2}O_{5}]^{2}}
である。しかし、実際の反応速度を測定した結果は、
v
=
[
N
2

O
5

]

{\displaystyle v=[N_{2}O_{5}]}
である。
では、次にこの謎を解明しよう。
じつは、

N
2

O
5

{\displaystyle N_{2}O_{5}}
 から

N
2

O
4

{\displaystyle N_{2}O_{4}}
 が生成される反応は、ひとつの反応では無いのである。
以下に示すような順序で、4個の反応が行われているのである。
N
2

O
5

→
N
2

O
3

+
O
2

{\displaystyle N_{2}O_{5}\rightarrow N_{2}O_{3}+O_{2}}
  ・・・・(1)
N
2

O
3

→
N
O
+
N
O
2

{\displaystyle N_{2}O_{3}\rightarrow NO+NO_{2}}
   ・・・・(2)
N
2

O
5

+
N
O
→
3
N
O
2

{\displaystyle N_{2}O_{5}+NO\rightarrow 3NO_{2}}
  ・・・・(3)
2
N
O
2

→
N
2

O
4

{\displaystyle 2NO_{2}\rightarrow N_{2}O_{4}}
	・・・・(4)
この一つ一つの反応を素反応（そはんのう）という。また、

N
2

O
5

{\displaystyle N_{2}O_{5}}
の反応のように、複数の素反応からなる反応を多段階反応という。
式(1)の左辺の反応物と式(4)の右辺の生成物を見ると、

N
2

O
5

{\displaystyle N_{2}O_{5}}
 と

N
2

O
4

{\displaystyle N_{2}O_{4}}
がある。これが反応速度の謎の正体である。
式（1）から式（2）、式（3）、式(4)のそれぞれの反応速度を、反応式から推定すると、
N
2

O
5

→
N
2

O
3

+
O
2

{\displaystyle N_{2}O_{5}\rightarrow N_{2}O_{3}+O_{2}}
   ・・・・(1)

v
1

=
k
1

[
N
2

O
5
]

{\displaystyle v_{1}=k_{1}[N_{2}O5]}
N
2

O
3

→
N
O
+
N
O
2

{\displaystyle N_{2}O_{3}\rightarrow NO+NO_{2}}
   ・・・・(2)

v
2

=
k
2

[
N
2

O
3

]

{\displaystyle v_{2}=k_{2}[N_{2}O_{3}]}
N
2

O
5

+
N
O
→
3
N
O
2

{\displaystyle N_{2}O_{5}+NO\rightarrow 3NO_{2}}
   ・・・・(3)

v
3

=
k
3

[
N
2

O
5

]
[
N
O
]

{\displaystyle v_{3}=k_{3}[N_{2}O_{5}][NO]}
2
N
O
2

→
N
2

O
4

{\displaystyle 2NO_{2}\rightarrow N_{2}O_{4}}
 ・・・・(4)

v
4

=
k
4

[
N
O
2

]
2

{\displaystyle v_{4}=k_{4}[NO_{2}]^{2}}
となる。実験の結果では、４つの素反応の中で、もっとも反応速度が小さいのは式（１）の反応であることが知られている。このように、多段階反応では、もっとも反応速度が遅い反応によって、全体の反応速度が決まる。
全体の反応を決定する素反応を律速段階という。
温度が増えると、常温付近では、だいたい10℃あがるごとに、反応速度が2倍から3倍程度になる。
この理由は、温度が増えると、活性化エネルギー以上のエネルギーをもつ分子が増えるからである。
触媒もまた、反応速度を変える。前の節で既に記述したので、必要ならば参照のこと。
化学者のアレニウスが、多くの物質の反応速度と温度との関係を調べた結果、実験法則として、以下の関係式が分かった。
反応速度定数kは、活性化エネルギーを

E
a

{\displaystyle E_{a}}
絶対温度をTとすると、以下の式で表される。
k
=
A
e

−
E
a

R
T

{\displaystyle k=Ae^{\frac {-E_{a}}{RT}}}
ここで、Rは気体定数、eはネイピア数である。
この実験式をアレニウスの式という。
たとえば、ヨウ化水素HIの生成の反応、つまり、ヨウ素Iと水素Hを容器に入れて高温にして起こす反応では、
H
2

+
I
2

→
2
H
I

{\displaystyle H_{2}+I_{2}\rightarrow 2HI}
では、なにも熱を加えない常温のままだと、反応は起こらない。また結合エネルギーの和は、左辺の

H
2

+
I
2

{\displaystyle H_{2}+I_{2}}
のほうが右辺の2HIの和より大きい。エネルギー的にはエネルギーの低いほうが安定なので、2HIのほうが安定なはずなのに、熱を加えないと、反応が始まらないのである。
この状態から察するに、化学反応をする原子は、もとの分子よりエネルギーの高い状態を経由する必要がある。
たとえば、ヨウ化水素の生成の反応
H
2

+
I
2

→
2
H
I

{\displaystyle H_{2}+I_{2}\rightarrow 2HI}
では、解離エネルギーにより推測される必要なエネルギーと、実際の反応に要するエネルギーが一致しない。解離エネルギーを考えると、
H
2

+
432
k
J
→
H
+
H

{\displaystyle H_{2}+432kJ\rightarrow H+H}
I
2

+
149
k
J
→
I
+
I

{\displaystyle I_{2}+149kJ\rightarrow I+I}
により、合計で432 + 149 = 581 kJ のエネルギーが必要だと推測できる。しかし、実際の反応でのエネルギーは、そうではない。
HIの2molの生成でも、必要なエネルギーは348 kJ が必要であり、これは、解離エネルギーの和の581 kJよりも小さい。なお、この場合のヨウ化水素の反応温度は、およそ400℃である。348kJを1molあたりに換算すると、174 kJ/molである。
以上のような実験結果から、実際の反応では、分子は解離状態を経由しないと考えられている。代わりに経由するのは、「活性化錯体」（かっせいか さくたい）という状態であり、高温などのエネルギーを与えた状態の間のみに生じる、反応分子どうしの複合体である活性化錯体という複合体を経由して、そこから結合相手を変えて反応式右辺の生成物（この場合はHI）を生じる反応が行われていると考えられる。
この反応物と生成物との中間の状態を活性化状態（かっせいか じょうたい）と言い、その活性化状態にするために必要なエネルギーを活性化エネルギー（かっせいかエネルギー）という。反応が起こるためには、活性化エネルギー以上のエネルギーが分子に加わる必要がある。
「活性化状態」のことを「遷移状態」ともいう。
過酸化水素水

H
2

O
2

{\displaystyle H_{2}O_{2}}
は、そのままでは、常温では、ほとんど分解せず、ゆっくりと分解する。
H
2

O
2

→
2
H
2

O
+
O
2

{\displaystyle H_{2}O_{2}\rightarrow 2H_{2}O+O_{2}}
しかし、少量の二酸化マンガンを加えると、分解は速まり、酸素の発生が激しくなる。そして、二酸化マンガンの量は、反応の前後では変化しない。この二酸化マンガンのように、自身は量が変化せず、反応の速度を変える働きのある物質を触媒（しょくばい）という。
触媒では、反応熱は変わらない。
この二酸化マンガンのように反応速度を上げるものを正触媒（せいしょくばい）という。また、反応速度を下げる触媒を負触媒（ふしょくばい）という。ふつう、「触媒」といったら、正触媒のことを指すことが多い。
正触媒で反応速度が増えるのは、一般に、触媒の表面では、触媒の吸着力により、もとの結合が弱められ、そのため、反応物の活性化錯体を作るエネルギーが減少し、したがって原子の組み換えをするためのエネルギーが減少したことから活性化エネルギーが減少するからである。
ヨウ化水素の場合、白金が触媒になる。白金があると、ヨウ化水素の反応での活性化エネルギーが小さくなる。また、活性化エネルギーが小さくなったため、反応も速くなる。触媒があっても、反応熱は変化しない。
一般に、（正触媒）触媒によって、活性化エネルギーが小さくなれば、反応速度は速くなる。一般に、触媒では、反応熱は変わらない。


可逆反応において、順方向の反応と逆方向との反応速度がつりあって反応物と生成物の組成比がマクロ的に変化しなくなる状態を扱う分野である。
水素とヨウ素の混合気体を容器に入れ、一定温度に保っておくと、一部が反応してヨウ化水素を生じ、水素・ヨウ素・ヨウ化水素の混合気体になる。また、この容器にヨウ化水素だけを入れて同じ温度に保っておくと、一部が分解して水素とヨウ素が生じ、やはり水素・ヨウ素・ヨウ化水素の混合気体になる。
このように、「水素とヨウ素の化合」と「ヨウ化水素の分解」のように、ある反応に対してその逆の反応も起こるとき、一方を正反応、他方を逆反応といい、このどちらも進むような反応を可逆反応とよぶ。また、一方向にしか進まない反応を不可逆反応という。
可逆反応が平衡状態にあるとき、温度や圧力の条件を変化させると、正反応または逆反応のどちらかが進んで、新たな平衡状態になる。この現象を平衡移動という。
可逆反応が平衡状態にあるとき、濃度・温度・圧力といった条件を変化させると、条件の変化を和らげる向きに反応が進んで、平衡が移動する。これは、ルシャトリエの原理（平衡移動の原理）とよばれる。
条件変化を和らげる向きとは、条件変化の効果を打ち消す向きに反応が進むことを示している。つまり、圧力を上げれば、総気体分子数が少なくなる圧力が下がる向きに反応が進み、温度を上げれば吸熱する向きに反応が進むことになる。
例えば、

N
2

+
3

H
2

↽

−

−

⇀

2

NH
3

{\displaystyle {\ce {N2 + 3H2 <=> 2NH3}}}

Δ
H
=
−
92.2

k
J

{\displaystyle \quad \Delta H=-92.2\,\mathrm {kJ} }
 について考える。
ここで、

N
2

{\displaystyle {\ce {N2}}}
 の濃度を増加させると、

N
2

{\displaystyle {\ce {N2}}}
 の増加をやわらげる方向、

N
2

{\displaystyle {\ce {N2}}}
 が減少する右へ平衡が移動する。

N
2

{\displaystyle {\ce {N2}}}
 の濃度を減少させると、

N
2

{\displaystyle {\ce {N2}}}
 の減少をやわらげる方向、

N
2

{\displaystyle {\ce {N2}}}
 が増加する左へ平衡が移動する。
圧力を大きくすると、圧力の増大をやわらげる、つまり、気体分子の数が減少する右に平衡が移動する。圧力を小さくすると、圧力の減少をやわらげる、つまり、気体分子の数が増加する左に平衡が移動する[1]。
温度を上げるると、温度の増加をやわらげる方向、つまり、吸熱反応の左に平衡が移動する。温度を下げると、温度の減少をやわらげる方向、つまり、発熱反応の右に平衡が移動する。
のような可逆反応が起こるとき、この反応系が化学平衡に達すると、化学平衡のときの各物質の濃度の間には、Kを定数として、次の関係が成り立つ。
この関係を化学平衡の法則といい、そのときの定数Kを平衡定数という。1つの反応系では、温度が決まれば平衡定数は一定値をとる。あるいは、上で定義された平衡定数の定義が、濃度の平衡によることから濃度平衡定数ともいい、その意味で表す際には、記号Kcを用いる。
上で定義された濃度平衡定数とは異なる平衡定数として、各々の反応物・生成物の分圧pをもとに定義する平衡定数がある。
平衡時の分圧を考えると、次のように圧平衡定数Kpが定義される。
濃度平衡定数と圧平衡定数には、反応式が
a

A

+
b

B

↔
x

C

+
y

D

{\displaystyle a{\mathrm {A} }+b{\mathrm {B} }\leftrightarrow x{\mathrm {C} }+y{\mathrm {D} }}
で表わされる場合に、分圧がモル濃度と比例することから、次の関係式がある。
この関係式を導出する。理想気体の状態方程式の
は、圧力Vを右辺に移動すれば、
と、圧力Pとモル濃度cの関係式となり、圧力と温度とが比例する。この p=cRT を状態方程式を、圧平衡定数の式に代入すれば、
以上の計算例は、２個の反応物から２個の生成物が生じる反応式の場合だったが、他の反応式でも同様に、圧平衡定数と濃度平衡定数の関係式がある。
酢酸を水に溶かすと、次のように電離し平衡状態になる[2]。
CH
3

COOH

↽

−

−

⇀

CH
3

COO
−

+
H
+

{\displaystyle {\ce {CH3COOH <=> CH3COO- + H+}}}
このような化学平衡を電離平衡という。
酢酸の電離平衡についても、化学平衡の法則を当てはめると、
[
C
H
3

C
O
O
−

]
[

H
+

]

[
C
H
3

C
O
O
H
]

=
K
a

{\displaystyle {\frac {[\mathrm {CH_{3}COO^{-}} ][\mathrm {H^{+}} ]}{[\mathrm {CH_{3}COOH} ]}}=K_{a}}
となる。この平衡係数を電離定数という。
弱塩基についても同様に考える。
アンモニアの電離では、
NH
3

+
H
2

O

↽

−

−

⇀

NH
4

+

+
OH
−

{\displaystyle {\ce {NH3 + H2O <=> NH4+ + OH-}}}
より、

[

N
H
4

+

]
[
O
H
−

]

[
N
H
3

]
[

H
2

O
]

=
K

{\displaystyle {\frac {[\mathrm {{NH_{4}}^{+}} ][\mathrm {OH^{-}} ]}{[\mathrm {NH_{3}} ][\mathrm {H_{2}O} ]}}=K}
ここで、

[

H
2

O
]

{\displaystyle [\mathrm {H_{2}O} ]}
 はほぼ一定と考えて、電離定数

K
b

{\displaystyle K_{b}}
 を

K
b

=
K
[

H
2

O
]

{\displaystyle K_{b}=K[\mathrm {H_{2}O} ]}
 として、
[

N
H
4

+

]
[
O
H
−

]

[
N
H
3

]

=
K
b

{\displaystyle {\frac {[\mathrm {{NH_{4}}^{+}} ][\mathrm {OH^{-}} ]}{[\mathrm {NH_{3}} ]}}=K_{b}}
である。
濃度c[mol/L]の弱酸HAの水溶液では、電離度をαとすると、[H+]と[A-]はcα[mol/L]となる。
従って、電離定数Kaは、次のように表される。
ここで、電離度

α

{\displaystyle \alpha }
 が1より十分に小さい場合、

1
−
α
≈
1

{\displaystyle 1-\alpha \approx 1}
 と近似して、

K
a

=

c
α
2

1
−
α

≈
c
α
2

{\displaystyle K_{a}={\frac {c\alpha ^{2}}{1-\alpha }}\approx c\alpha ^{2}}
 である。これより、

α
=

K
a

c

{\displaystyle \alpha ={\sqrt {\frac {K_{a}}{c}}}}
を得る。
（無限等比級数を知っている場合、この近似は次のように理解することが出来る。

0
≤
α
<
1

{\displaystyle 0\leq \alpha <1}
 のとき、無限等比級数の和より、

1
+
α
+
α
2

+
α
3

+
⋯
=

1
1
−
α

{\displaystyle 1+\alpha +\alpha ^{2}+\alpha ^{3}+\cdots ={\frac {1}{1-\alpha }}}
 である。つまり、

c
α
2

1
−
α

=
c
α
2

(
1
+
α
+
α
2

+
⋯
)
=
c
α
2

+
c
α
3

+
c
α
4

+
⋯
≈
c
α
2

.

{\displaystyle {\frac {c\alpha ^{2}}{1-\alpha }}=c\alpha ^{2}(1+\alpha +\alpha ^{2}+\cdots)=c\alpha ^{2}+c\alpha ^{3}+c\alpha ^{4}+\cdots \approx c\alpha ^{2}.}
）
この水溶液の水素イオン濃度は

[

H
+

]
=
c
α
=

c
K
a

{\displaystyle [\mathrm {H^{+}} ]=c\alpha ={\sqrt {cK_{a}}}}
 である。
次に、電離度

α

{\displaystyle \alpha }
 が1より十分に小さくない場合は、

1
−
α
≈
1

{\displaystyle 1-\alpha \approx 1}
 と近似することはできない。
K
a

=

c
α
2

1
−
α

{\displaystyle K_{a}={\frac {c\alpha ^{2}}{1-\alpha }}}
 より、 二次方程式

c
α
2

+
K
a

α
−
K
a

=
0

{\displaystyle c\alpha ^{2}+K_{a}\alpha -K_{a}=0}
 を

α

{\displaystyle \alpha }
 について解いて、

α
=

−
K
a

+

K
a

2

+
4
c
K
a

2
c

{\displaystyle \alpha ={\frac {-K_{a}+{\sqrt {K_{a}^{2}+4cK_{a}}}}{2c}}}
 である。
水素イオン濃度は

[

H
+

]
=
c
α
=

−
K
a

+

K
a

2

+
4
c
K
a

2

{\displaystyle [\mathrm {H^{+}} ]=c\alpha ={\frac {-K_{a}+{\sqrt {K_{a}^{2}+4cK_{a}}}}{2}}}
 である。
電離度がだいたい

α
<
0.05

{\displaystyle \alpha <0.05}
 の場合、

1
−
α
≈
1

{\displaystyle 1-\alpha \approx 1}
 の近似を行うことが出来るが。

α
≥
0.05

{\displaystyle \alpha \geq 0.05}
 のときは近似は行わない。
水はわずかに電離して、電離平衡の状態になっている。
水はわずかにしか電離しないので、濃度[H2O]の値はほぼ一定とみなせる。そこで、

K

w

=
K
[
H
2

O
]

{\displaystyle K_{\mathrm {w} }=K\mathrm {[H_{2}O]} }
 とすると、
K

w

=
K
[
H
2

O
]
=
[
H
+

]
[
O
H
−

]

{\displaystyle K_{\mathrm {w} }=K\mathrm {[H_{2}O]=[H^{+}][OH^{-}]} }
これより、[H+]と[OH-]の積の値も温度一定のときに一定値となる。この

K

w

{\displaystyle K_{\mathrm {w} }}
 を水のイオン積という。
25℃におけるKwの値は
このイオン積の値は酸や塩基中など常に成り立つ。
また、温度がかわると水のイオン積の値は変化する。
水のイオン積と常温付近の温度の関係は、下記のとおり。
また、水の電離は吸熱反応であり（※ 上の表と関連づけて覚えよう。）、熱化学方程式は
である。
水素イオン指数 pH は

p
H
=
−
log
10

[

H
+

]

{\displaystyle \mathrm {pH} =-\log _{10}[\mathrm {H^{+}} ]}
 で定義されるものであった。
水酸化イオンについても、

p
O
H
=
−
log
10

[
O
H
−

]

{\displaystyle \mathrm {pOH} =-\log _{10}[\mathrm {OH^{-}} ]}
 を定義する。（「ピー オーエイチ」と読む）
pHとpOHについて、イオン積から次の公式が成り立つ。
[

H
+

]
[
O
H
−

]
=
1.0
×
10
−
14

{\displaystyle [\mathrm {H^{+}} ][\mathrm {OH^{-}} ]=1.0\times 10^{-14}}
 より両辺の対数をとって、

log
10

[

H
+

]
+
log
10

[
O
H
−

]
=
−
14

{\displaystyle \log _{10}[\mathrm {H^{+}} ]+\log _{10}[\mathrm {OH^{-}} ]=-14}
から
p
H
+
p
O
H
=
14

{\displaystyle \mathrm {pH} +\mathrm {pOH} =14}
あるいは
弱酸と強塩基の塩、または弱塩基と強酸の塩は水に溶けると、ほとんど完全に電離し次のように加水分解する。
弱酸と強塩基の塩(酢酸ナトリウムの場合)
CH
3

COONa
⟶
CH
3

COO
−

+
Na
+

{\displaystyle {\ce {CH3COONa -> CH3COO^- + Na^+}}}
CH
3

COO
−

+
H
2

O

↽

−

−

⇀

CH
3

COOH
+
OH
−

{\displaystyle {\ce {CH3COO^- + H2O <=> CH3COOH + OH^-}}}
弱塩基と強酸の塩(塩化アンモニウムの場合)
NH
4

Cl
⟶
NH
4

+

+
Cl
−

{\displaystyle {\ce {NH4Cl -> NH4^+ + Cl^-}}}
NH
4

+

+
H
2

O

↽

−

−

⇀

NH
3

+
H
3

O
+

{\displaystyle {\ce {NH4^+ + H2O <=> NH3 + H3O^+}}}
ここで、酢酸イオンの加水分解の平衡定数

K

{\displaystyle K}
 は
K
=

[
C
H
3

C
O
O
H
]

[
O
H
−

]

[
C
H
3

C
O
O
−

]

[
H
2

O
]

{\displaystyle K={\frac {\mathrm {[CH_{3}COOH]} \mathrm {[OH^{-}]} }{\mathrm {[CH_{3}COO^{-}]} \mathrm {[H_{2}O]} }}}
である。

[
H
2

O
]

{\displaystyle {\ce {\mathrm {[H_{2}O]} }}}
 は一定と考え、

K

h

=
K
[
H
2

O
]

{\displaystyle K_{\mathrm {h} }=K\mathrm {[H_{2}O]} }
 と置くと
K

h

=

[
C
H
3

C
O
O
H
]

[
O
H
−

]

[
C
H
3

C
O
O
−

]

{\displaystyle K_{\mathrm {h} }={\frac {\mathrm {[CH_{3}COOH]} \mathrm {[OH^{-}]} }{\mathrm {[CH_{3}COO^{-}]} }}}
が成り立つ。この

K

h

{\displaystyle K_{\mathrm {h} }}
 を加水分解定数という。
アンモニウムイオンについても同様に考える。平衡定数

K

{\displaystyle K}
 は
K
=

[
N
H
3

]

[
H
3

O
+

]

[
N
H
4

+

]

[
H
2

O
]

{\displaystyle K={\frac {\mathrm {[NH_{3}]} \mathrm {[H_{3}O^{+}]} }{\mathrm {[NH_{4}^{+}]} \mathrm {[H_{2}O]} }}}
加水分解定数

K

h

=
K
[
H
2

O
]

{\displaystyle K_{\mathrm {h} }=K\mathrm {[H_{2}O]} }
 を定義すると
K

h

=

[
N
H
3

]

[
H
3

O
+

]

[
N
H
4

+

]

=

[
N
H
3

]

[
H
+

]

[
N
H
4

+

]

{\displaystyle K_{\mathrm {h} }={\frac {\mathrm {[NH_{3}]} \mathrm {[H_{3}O^{+}]} }{\mathrm {[NH_{4}^{+}]} }}={\frac {\mathrm {[NH_{3}]} \mathrm {[H^{+}]} }{\mathrm {[NH_{4}^{+}]} }}}
加水分解定数

K

h

{\displaystyle {\ce {K_{\mathrm {h} }}}}
 と、弱酸または弱塩基の電離定数

K

a

{\displaystyle K_{\mathrm {a} }}
 または

K

b

{\displaystyle K_{\mathrm {b} }}
 について
K

w

=
K

a

K

h

{\displaystyle K_{\mathrm {w} }=K_{\mathrm {a} }K_{\mathrm {h} }}
K

w

=
K

b

K

h

{\displaystyle K_{\mathrm {w} }=K_{\mathrm {b} }K_{\mathrm {h} }}
が成り立つ。
実際、酢酸ナトリウムの場合、

K

a

=

[
C
H
3

C
O
O
−

]
[

H
+

]

[
C
H
3

C
O
O
H
]

,

K

h

=

[
C
H
3

C
O
O
H
]

[
O
H
−

]

[
C
H
3

C
O
O
−

]

{\displaystyle K_{\mathrm {a} }={\frac {[\mathrm {CH_{3}COO^{-}} ][\mathrm {H^{+}} ]}{[\mathrm {CH_{3}COOH} ]}},\quad K_{\mathrm {h} }={\frac {\mathrm {[CH_{3}COOH]} \mathrm {[OH^{-}]} }{\mathrm {[CH_{3}COO^{-}]} }}}
 より

K

a

K

h

=
[
H
+

]

[
O
H
−

]
=
K

w

{\displaystyle K_{\mathrm {a} }K_{\mathrm {h} }=\mathrm {[H^{+}]} \mathrm {[OH^{-}]} =K_{\mathrm {w} }}
また、塩化アンモニウムの場合、

K

b

=

[

N
H
4

+

]
[
O
H
−

]

[
N
H
3

]

,

K

h

=

[
N
H
3

]

[
H
+

]

[
N
H
4

+

]

{\displaystyle K_{\mathrm {b} }={\frac {[\mathrm {{NH_{4}}^{+}} ][\mathrm {OH^{-}} ]}{[\mathrm {NH_{3}} ]}},\quad K_{\mathrm {h} }={\frac {\mathrm {[NH_{3}]} \mathrm {[H^{+}]} }{\mathrm {[NH_{4}^{+}]} }}}
 より

K

b

K

h

=
[
H
+

]

[
O
H
−

]
=
K

w

{\displaystyle K_{\mathrm {b} }K_{\mathrm {h} }=\mathrm {[H^{+}]} \mathrm {[OH^{-}]} =K_{\mathrm {w} }}
 である。
弱酸と強塩基の塩を水に溶かすと、塩は完全に電離し、一部が加水分解し水酸化物イオンが生じるため液性は塩基性を示す。
弱酸と強塩基の塩(酢酸ナトリウムの場合)
CH
3

COONa
⟶
CH
3

COO
−

+
Na
+

{\displaystyle {\ce {CH3COONa -> CH3COO^- + Na^+}}}
CH
3

COO
−

+
H
2

O

↽

−

−

⇀

CH
3

COOH
+
OH
−

{\displaystyle {\ce {CH3COO^- + H2O <=> CH3COOH + OH^-}}}
同様に、弱塩基と強酸の塩の水溶液は酸性を示す。
弱塩基と強酸の塩(塩化アンモニウムの場合)
NH
4

Cl
⟶
NH
4

+

+
Cl
−

{\displaystyle {\ce {NH4Cl -> NH4^+ + Cl^-}}}
NH
4

+

+
H
2

O

↽

−

−

⇀

NH
3

+
H
3

O
+

{\displaystyle {\ce {NH4^+ + H2O <=> NH3 + H3O^+}}}
ここで、弱塩基と強酸の塩である

c
[
m
o
l
/
L
]

{\displaystyle c\mathrm {[mol/L]} }
 塩化アンモニウム水溶液の水素イオン濃度を求める。
塩化アンモニウムは完全に電離するため、電離後のアンモニウムイオンの濃度は

c
[
m
o
l
/
L
]

{\displaystyle c\mathrm {[mol/L]} }
 である。
NH
4

Cl
⟶
NH
4

+

+
Cl
−

{\displaystyle {\ce {NH4Cl -> NH4^+ + Cl^-}}}
電離したアンモニウムイオンの内、加水分解するアンモニウムイオンの物質量の割合

β
=

{\displaystyle \beta =}
 加水分解した

NH
4

+

{\displaystyle {\ce {NH4^+}}}
/電離した

NH
4

+

{\displaystyle {\ce {NH4^+}}}
 を定義し、

β

{\displaystyle \beta }
 を加水分解度呼ぶ。
アンモニウムイオンの加水分解の量的関係は次の表のとおりである。
加水分解度

β

{\displaystyle \beta }
 が1より十分に小さい場合
より、

β
=

K

h

c

{\displaystyle \beta ={\sqrt {\frac {K_{\mathrm {h} }}{c}}}}
 である。
水素イオン濃度は

[
H
+

]
=
c
β
=

c
K

h

=

c

K

w

K

b

{\displaystyle \mathrm {[H^{+}]} =c\beta ={\sqrt {cK_{\mathrm {h} }}}={\sqrt {c{\frac {K_{\mathrm {w} }}{K_{\mathrm {b} }}}}}}
 である。（

K

b

{\displaystyle K_{\mathrm {b} }}
 はアンモニアの電離定数、

K

w

{\displaystyle K_{\mathrm {w} }}
 は水のイオン積）
演習問題
c
[
m
o
l
/
L
]

{\displaystyle c\mathrm {[mol/L]} }
 酢酸ナトリウム水溶液のpHを、酢酸の電離定数

K

a

{\displaystyle K_{\mathrm {a} }}
、水のイオン積

K

w

{\displaystyle K_{\mathrm {w} }}
 で表せ。
少量の酸や塩基を加えたり、薄めたりしてもpHがほとんど変化しない溶液を、緩衝液あるいは緩衝溶液という。弱酸とその塩、または弱塩基とその塩の混合水溶液などが緩衝液として使われる。また、このようにpHを一定に保つような作用を緩衝作用という。
代表的な緩衝液として、酢酸 CH3COOH と酢酸ナトリウム CH3COONa との混合水溶液を考えてみよう。この溶液中の酢酸ナトリウムは、電離してCH3COO-とNa+とを生じる。一方、酢酸も電離するが、酢酸ナトリウムの電離により生じるCH3COO-の影響で、ルシャトリエの原理により、電離平衡は大きく酢酸の側に偏る。従って、実際には酢酸はほとんど電離せず、酢酸分子として水中に存在している。
まず、この混合溶液に酸を加えると、生じたH+は酢酸イオンと反応して、酢酸を生じる。これにより、[H+] はほとんど増加しない。また、この混合溶液に塩基を加えると、生じたOH-は酢酸分子と反応して中和される。従って、[OH-] もほとんど増加しない。
例えば、塩化ナトリウムを水に加えていくと、やがて溶けきれなくなり、飽和溶液になる。このような状態を溶解平衡といい、

N
a
C
l
↔
N
a
+

+
C
l
−

{\displaystyle \mathrm {NaCl\leftrightarrow Na^{+}+Cl^{-}} }
の電離平衡が成立する。ここで、この飽和溶液に濃塩酸を加えると、新たに塩化ナトリウムが沈殿してくる。これは、濃塩酸を加えることにより[Cl-] が増加し、ルシャトリエの原理により上式の平衡が左に移動するからである。濃塩酸の代わりに塩化水素ガスを吹き込んでも同様の結果が得られる。
このように、ある電解質の飽和溶液に、その電解質を構成するイオンと同じ種類のイオン（共通イオン）を生じる別の電解質を加えることで、もとの電解質の溶解度が減少して沈殿を生じる現象を、共通イオン効果という。
塩化銀AgClのような難溶性の塩でも、水に加えれば、わずかながら電離をする。
この難溶性の塩の場合も、以下のように平衡定数が定義できる。
[AgCl]の濃度の値は、一定値と見なせるから、これを右辺に移項して、
として、式が得られる。この式の、
を塩化銀の溶解度積（solubility product）といい、記号KSPで表す。
平衡定数Kが温度のみの関数であり、[AgCl]は一定と見なせることから、溶解度積KSPもまた温度のみの関数で濃度に無関係である。
塩化銀以外の他の難溶性の塩に対しても、同様に溶解度積が定義できる。一般の塩

A
m

B
n

{\displaystyle {\ce {A_{m}B_{n}}}}
 に対しては、溶解度積の定義KSPは、反応式が次の式の場合、
A

m

B

n

⇌
m

A
n
+

+
n

B
m
−

{\displaystyle \mathrm {A} _{m}\mathrm {B} _{n}\rightleftharpoons m\mathrm {A^{n+}} +n\mathrm {B^{m-}} }
化学平衡の法則より

[

A
n
+

]
m

[

B
m
−

]
n

[

A

m

B

n

]

=
K

{\displaystyle {\frac {[\mathrm {A^{n+}} ]^{m}[\mathrm {B^{m-}} ]^{n}}{[\mathrm {A} _{m}\mathrm {B} _{n}]}}=K}
溶解度積 KSP は、
で定義される。
塩化銀の水溶液に、塩化ナトリウムNaClを加えると、塩化ナトリウムは容易に電離することから、溶液中の塩素イオン濃度 [Cl]- が増える。すると、平衡定数を一定に保つには、 銀イオン濃度 [Ag]+ を減らさなければならなくなる。従って、塩化銀の電離が減少し、塩化銀銀の沈殿が生じる。これは共通イオン効果の一種である。
塩化ナトリウムの代わりに、塩酸HClや塩化カリウムKClなどを加えても塩化銀の沈殿現象は起こる。
この場合、銀イオンと塩素イオンのイオン積[Ag]+ [Cl]-が溶解度積 KSP よりも大きくなると沈殿を生じる。


多数のヒドロキシ基を持つ、分子式

C
m

(
H
2

O
)

n

{\displaystyle {\ce {C_{m}(H2O){}_{n}}}}
  で表される化合物を糖類(saccharides)または炭水化物(carbohydrate)という。
それ以上加水分解しない最小の糖類を単糖という。単糖2分子が脱水縮合した糖類を二糖(disaccharide)、単糖2~10分子程度が脱水縮合した糖類をオリゴ糖、多数の単糖が脱水縮合した糖類を多糖(polysaccharide)という。
水溶液中で鎖式構造がホルミル基をもつ糖をアルドース（aldose）、ケトン基をもつ糖をケトースという。
主な単糖として、グルコース、フルクトース、ガラクトース。
主な二糖として、マルトース、スクロース、ラクトース、セロビオース。
主な多糖として、デンプン、セルロースが挙げられる。
糖類の立体配置を表すためにハース投影式とフィッシャー投影式を用いる。まずはこれについて学ぼう。
ハース投影式では、上方向に出ている結合は環から上向きに、下方向に出ている結合は環から下向きに出る。
フィッシャー投影式では、十字の中心は不斉炭素原子とし、左右の結合は紙面(画面)の手前に、上下の結合は紙面(画面)の奥に出る。
グルコース glucose（ブドウ糖）

C
6

H
12

O
6

{\displaystyle {\ce {C6H12O6}}}
 は、デンプンを加水分解することによって得られる。
グルコースは甘味をもち、また、水によく溶ける。水溶液中のグルコースは、一部のグルコースの環構造が開き鎖式構造に変わる。ホルミル基を持ち、還元性を示す。従って、銀鏡反応やフェーリング反応を示す。
グルコースはアルドースである。
グルコースは水溶液中でαグルコースと鎖式グルコースとβグルコースの3種類の構造がある。
αグルコースを水に溶かすと、上記のように一部が鎖式グルコースになり、さらにその一部が鎖式構造を経てβグルコースになる。最終的に3種類のグルコースのα形、鎖式、β型の混じりあった平衡状態になる。
フルクトースfructose（果糖, fruit sugar ）

C
6

H
12

O
6

{\displaystyle {\ce {C6H12O6}}}
 は水溶液中で、一部が鎖式フルクトースを経て、五員環フルクトース、六員環フルクトースになる。五員環フルクトースと六員環フルクトースにはα型とβ型が存在するため、フルクトースは水溶液中では5種類の構造が存在する。
フルクトースはケトースである。
鎖状構造のフルクトースにはホルミル基は無いが、一部が異性化し、ホルミル基を持つので還元性を示す。
フルクトースは、天然に存在する糖類の中で最も甘く、果実などに含まれることが多い。
アルコール発酵
グルコースやフルクトースなどの6炭糖は酵素群チマーゼによってアルコール発酵を起こす。
C6H12O6　→　2C2H5OH + 2CO2
ガラクトースはグルコースの4位の不斉炭素原子の立体配置が異なる単糖である。寒天の成分であるガラクタンを加水分解すると、ガラクトースが得られる。ヘミアセタール構造が存在するので、水溶液は還元性をしめす。
二糖類を構成する単糖類の縮合したエーテル結合をグリコシド結合という。
主な二糖類には、スクロース、マルトース、セロビオース、ラクトースがある。
有機化合物中の、ある一つのC原子に対して、そのC原子にヒドロキシル基 -OH とエーテル結合 -O- が隣り合ってる構造を、ヘミアセタール構造という。グルコースで、ヘミアセタール構造をもつのは、一箇所だけである。水溶液中のグルコースでは、このヘミアセタール構造が変形してアルデヒドを形成している。
このヘミアセタール構造の有無を、糖類の構造式を見て調べることで、糖類の水溶液中の還元性を予測できる。まず、構造式中のエーテル結合-O- を持つ部分を探してそのOに隣り合ったC原子が-OH を持つかどうかでヘミアセタール構造の有無を判別する。
スクロース（sucrose）は、αグルコースとβフルクトースがα-1,2-グリコシド結合した構造をもつ。
スクロースの水溶液は還元性を示さない。これは、グルコースとフルクトースの還元性をしめすヘミアセタール構造の部分で縮合が行われていることによる。
砂糖の主成分であり、サトウキビやテンサイに含まれる。
希酸または酵素インペルターゼでスクロースを加水分解すると、グルコースとフルクトースの等量混合物になる。
C12H22O11 （スクロース） + H2O → C6H12O6（グルコース） + C6H12O6 （フルクトース）
グルコースとフルクトースの等量混合物を転化糖(invert sugar)という。スクロースを加水分解すると転化糖が得られる。
（麦芽糖）
αグルコース2分子が縮合した構造。
還元性を示す。
希酸または酵素マルターゼで加水分解される。
デンプンを酵素アミラーゼで加水分解するとマルトースが生じる。
セロビオースはβ-グルコース2分子がβ-1,4-グリコシド結合した二糖である。
セルロースにセルラーゼを作用させると加水分解しセロビオースが生じる。
（乳糖）
ラクトース(lactose)は、ガラクトースとαグルコースが縮合した構造。
ラクトースの水溶液は還元性を示す。
酵素ラクターゼによってラクトースは加水分解され、ガラクトースとグルコースになる。
牛乳など、哺乳類の乳汁にラクトースは含まれる。
トレハロースの構造は、αグルコースが2分子からなり、αグルコースの1位の還元基どうしが結合した構造となっている。このことからもわかるように、トレハロースの水溶液は還元性を示さない。
自然界では、昆虫の体液、キノコやカビ、海藻などに含まれる。
デンプン（starch）は、植物が光合成によって体内につくる多糖類である。二糖類とちがい、デンプンは甘味をしめさない。また、デンプンは、還元性を示さない。
デンプンは、多数のαグルコースが脱水縮合して出来た構造をもつ多糖類の高分子化合物である。
(C6H10O5)n の構造を持つ。nは数百から数十万である。
デンプンは冷水には溶けにくいが、約80℃の熱水には溶けてコロイド状のデンプンのりになる。
酵素アミラーゼによって、デンプンは加水分解される。このアミラーゼによるデンプンの加水分解の結果、デンプンの重合数が少なくなったデキストリン(C6H10O5)n を生じる。そしてデキストリンは、さらに二糖類のマルトースに分解される。
マルトースに対しては、酵素マルターゼによって、グルコースになる。
デンプンからグルコースまでの順序を化学式にまとめれば、
(C6H10O5)n デンプン→ (C6H10O5)m デキストリン → C12H22O11 マルトース→ C6H12O6 グルコース
である。（デンプンとデキストリンの重合数について、n>mとした。）
デンプンには還元性は無い。したがってデンプンは、フェーリング液を還元しない。
ヨウ化カリウム水溶液KIにより、デンプンは青紫色に呈色する。加熱すると、無色になる。この反応をヨウ素デンプン反応（iodine-starch reaction）という。
デンプンは水溶液中では、分子内の水素結合により、らせん構造をとる。このらせん構造の中にヨウ素が入りこむことで、呈色する。
加熱で無色になっても、冷却すると、再び、もとの青紫色の呈色を示すようになる。
デンプンの種類のうち、αグルコースが直鎖状に結合したものをアミロース（amylose）と言う。αグルコースが、ところどころ枝分かれした構造のデンプンをアミロペクチン（amylopectin）という。枝分かれの割合はαグルコース数十個につき、一個の枝分かれの程度である。
もち米のデンプンは、アミロペクチンが100%である。ふつうの植物のデンプンには、アミロースが20%程度でアミロペクチンが80%程度ほど含まれている。
グルコースの１位と4位が結合して重合した構造になっている。
ヨウ素デンプン反応では、アミロースは青色。多くのヒドロキシル基を持ち、極性を持つ部分が多いため、熱湯には、比較的、溶けやすい。冷水には溶けにくい。
グルコースの１位と4位が結合して重合したほかに、１位と6位が結合した重合構造になっている。
１位と6位の結合のため、構造に枝分かれ上の分岐が起こる。
ヨウ素デンプン反応では、アミロペクチンは赤紫色。アミロースとの色の違いは、直鎖状の長さの違いによって、ヨウ素との結合力に違いが生じたからある。ヨウ素と反応することから分かるように、アミロペクチンもらせん構造を取る。枝分かれをするものの、分かれた枝の先がそれぞれらせん構造をとる。
熱湯には、溶けにくい。冷水にも溶けにくい。
グリコーゲン（glycogen）は、動物の肝臓に多い多糖類で、その構造はアミロペクチンと似ているが、アミロペクチンよりも枝分かれが多い。分岐の頻度は、おおむね8～12基に一回の程度の分岐である。枝分かれが多いため放射したような網目構造をとり、らせん構造をとらない。このため、極性をもった部分が外側に出やすく、水溶性が高い。
ヨウ素デンプン反応では、グリコーゲンは赤褐色を示す。
セルロース（cellulose）［C6H7O2(OH)3］n は植物の細胞壁の主成分である。木綿、パルプ、ろ紙は、ほぼ純粋なセルロースである。セルロースの構造は、多数のβグルコースが、直線状に縮合した構造である。セルロースの構造では、各グルコースの向きが交互に表・裏・表・裏を繰り返すので、セルロース全体で見れば直線状になっている。
シュバイツアー試薬とは、水酸化銅Cu(OH)2を濃アンモニア水に溶かしたものである。水溶液中でイオンが、テトラ アンミン イオン ［Cu(NH3)4］2+ になる。
セルロースの示性式は、［C6H7O2(OH)3］n である。グルコース1単位あたり3個のヒドロキシル基OHを持つ。したがって、酸と反応させるとエステルを作りやすく、酢酸や硝酸とエステルをつくる。
セルロースは、酸をくわえて長時間加熱すると、最終的にグルコースになる。
このほか、酵素セルラーゼによって、セルロースは分解される。
工業上は硝酸とのセルロースのエステルである「ニトロセルロース」（後述する。）が、特に重要である。
セルロース［C6H7O2(OH)3］nに、濃硝酸および濃硫酸の混合溶液（混酸）を作用させると、セルロースのOH基の一部または全部がエステル化される。セルロース中のグルコース1単位あたり、3個のOH基の一部または3個全部が硝酸エステル化されたものをニトロセルロース（nitrocellulose）という。特にセルロース中のグルコース1単位のうち、3個のOH基すべてが硝酸エステル化されたもの ［C6H7O2(ONO2)3］n  をトリニトロセルロースという。
［C6H7O2(OH)3］n  + 3n HONO2 → ［C6H7O2(ONO2)3］n  + 3n H2O
このトリニトロセルロースは火薬の原料である。
セルロース中の2個のOH基がエステル化したものはジニトロセルロースという。このジニトロセルロースは、有機溶媒に溶ける。
このジニトロセルロースを、エタノールとエーテルの混合液に溶かしたものをコロジオンという。混合液には水分などを含まないので「水溶液」では無いことに注意。
コロジオンの溶液を蒸発させると、薄い膜が残る。これは半透膜の材料に使われる。コロジオンから得られた半透膜のことをコロジオン膜ともいう。
ニトロセルロースをエタノールに溶かし、ショウノウを加えて得られる樹脂をセルロイドという。
セルロースを無水酢酸、氷酢酸および少量の濃硫酸との混合物を反応させる。すると、分子中のOH基中のHがCOOH基で置換されるアセチル化が起きて、トリアセチルセルロースが生成する。
［C6H7O2(OH)3］n  + 3n (CH3CO)2 O → ［C6H7O2(OCOCH3)3］n  + 3n CH3COOH
トリアセチルセルロースはヒドロキシル基OHを持たないため、通常の溶媒（メタノール等）には溶解しづらい。しかし、トリアセチルセルロースは常温の水または温水で、エステル結合の一部が加水分解してジアセチルセルロース
[C6H7O2(OH)(OCOCH3)2]n
になる。このジアセチルセルロースはヒドロキシル基をもつので、アセトン溶媒に溶解するようになる。このジアセチルセルロースの溶けたアセトン溶液を細孔から押し出してアセトンを蒸発・乾燥させて、紡糸したものをアセテート繊維という、あるいは単にアセテートという。
語「アセテート」の意味は、「酢酸エステルの」という意味である。
アセテート繊維のように、天然繊維を化学的に処理してから紡糸した繊維を半合成繊維（semisynthetic fiber）という。
天然繊維を溶媒に溶かしたのち、再び繊維に戻したものを再生繊維（regenerate fiber）という。セルロースの再生繊維はレーヨン（rayon）と呼ばれ、レーヨンにはビスコースレーヨンと銅アンモニアレーヨンがある。
水酸化銅(II)であるCu(OH)2を濃アンモニア溶液に溶かした溶液をシュバイツアー試薬という。このシュバイツアー試薬溶液にセルロース（具体的には脱脂綿など）を溶かすと、粘度のある液体が得られる。この粘い液体を細孔から希硫酸の中にゆっくり押し出すと、セルロースが再生する。こうして得られた繊維を銅アンモニアレーヨンまたはキュプラといい、光沢があり、滑らかであり、柔らかいので、衣服の裏地に利用される。
セルロース（具体的には脱脂綿など）を濃い水酸化ナトリウム溶液に浸す処理をしてアルカリセルロース（化学式は[C6H7O2(OH)2ONa]nである。）にしてから、紙などで挟んでから絞って水気を切って、つぎに二硫化炭素CS2と反応をさせると、セルロースキサントゲン酸ナトリウム（式は[C6H7O2(OH)2OCSSNa]nである。）という物質になる。これを水酸化ナトリウム水溶液に溶かすと、赤褐色のコロイド溶液が得られる。こうして、セルロースから得られた赤褐色のコロイド溶液をビスコース（viscose）という。このビスコースを、細孔から希硫酸の中に押し出して、セルロースを再生させて紡糸したものが、ビスコースレーヨン（viscose rayon）という繊維である。
そして、ビスコースを細孔からではなく、細長いすきまから膜上に押し出したものをセロハン（cellophane）といい、テープや包装材に利用される。
レーヨンのように、天然繊維を一度化学的に処理して溶液にした後、糸として、元の化学式を再生させた繊維を再生繊維という。
なお、アセテート繊維は化学式が変わっているので再生繊維でない。アセテート繊維は化学式が元のセルロースから変わっている繊維で、また人工物だけから得られた合成繊維でもないので、アセテート繊維などは半合成繊維という。
分子中にアミノ基（ -NH2 ）とカルボキシル基（ -COOH ）をもつ化合物をアミノ酸(amino acid)という。アミノ酸のうち、同一の炭素C原子に、-NH2と-COOHが結合しているアミノ酸をαアミノ酸という。
アミノ酸の一般式は
で表される。（Rは炭化水素基あるいは水素など。）
なお、R-の部分をアミノ酸の側鎖（そくさ）という。Rの違いによって、アミノ酸の種類が決まる。
グリシン以外のすべてのアミノ酸には光学異性体（optical isomer）が存在する（鏡像異性体 enantiomer ともいう）。
天然のアミノ酸のほとんどは、L型の配置である。D型の配置のアミノ酸は、天然にはほとんどない。
アミノ酸のカルボキシ基-COOH は、アルコール（CH3OH など）と反応しエステル化をしてエステルをつくる。また、アミノ酸のアミノ基-NH3は無水酢酸（ (CH3CO)2O ）と反応させるとアセチル化してアミドをつくる。
結晶中のアミノ酸分子中では、分子内で（ -COOH ）が水素Hを（ -NH2 ）に渡して、アミノ酸内にイオンの（ -COO- ）と（ -NH3+ ）を生じる。その結果、アミノ酸の構造は、
R-CH(NH3+)-COO-
の構造になる。このように分子内に酸性と塩基性の両方のイオンを生じるので、双性イオン(zwitterion)とよばれる。
このようにイオンがあるため、アミノ酸は水に溶けやすく、また、有機溶媒には溶けにくい。双性イオンの陽イオンと陰イオンどうしがクーロン力で引き合うため、アミノ酸はイオン結晶に近い結晶構造を取り、また、ほかの有機化合物と比べるとアミノ酸は比較的に融点や沸点が高い。
アミノ酸の水溶液に外部から酸をくわえると、平衡がかたむき、-COO-がH+を受け取り -COOHになるので、アミノ酸分子中で-NH3+が余るので、酸性が強い溶液中ではアミノ酸は陽イオンになる。
いっぽう、アミノ酸の水溶液に外部から塩基をくわえると、平衡がかたむき、-NH3+がOH-にH+を放出することによって-NH2と変わることによって、-COO-が余るので、アミノ酸は陰イオンになる。
水溶液中でアミノ酸の陽イオンと陰イオンの個数が等しいときのpHを等電点（isoelectric point）という。
アミノ酸の水溶液を染み込ませた紙に、2本の電極で電圧を加え電気泳動をおこなうと、等電点よりpHが小さい水溶液中では、アミノ酸は陽イオンになっているため、陰極側に移動する。いっぽう、等電点よりpHが大きい水溶液では、アミノ酸は陰イオンとなり、陽極側に移動する。
そして、pHが等電点と同じくらいの水溶液中だと、アミノ酸は陽極にも陰極にも移動しないので、このときの水溶液のpHを測定することにより、等電点を測定できる。
アミノ酸の等電点は、グリシンでは pH6.0 、酸性アミノ酸のグルタミン酸ではpH3.2、塩基性アミノ酸のリシンでは9.7である。
水溶液が中性付近では、ふつうは双対イオン状態のアミノ酸が最も多く、陰イオン状態のアミノ酸や陽イオン状態のアミノ酸は少ししか存在しない。
アミノ酸水溶液に薄いニンヒドリン水溶液を加えて温めると、アミノ基 -NH2 と反応して、色が青紫～赤紫になる。この反応をニンヒドリン反応（ninhydrin reaction）といい、アミノ酸の検出などの目的に用いられる。この反応は、アミノ酸の検出やタンパク質の検出に利用される。なお。タンパク質も、構造の端部などにアミノ酸をふくむため、少しながらニンヒドリン反応をするので、色が青紫〜赤紫になる。
フェニルアラニンやリシン、メチオニンは必須アミノ酸の例である。
必須アミノ酸は、ヒトの体内で合成されないバリン、ロイシン、イソロイシン、トレオニン、メチオニン、フェニルアラニン、トリプトファン、リシンの8種類に、合成されにくいヒスチジンを加えた9種類である。幼児では、さらにアルギニンを加える場合もある。
グルタミン酸は、昆布のうま味の成分である。グルタミン酸には光学異性体があり、L型のグルタミン酸のみが うま味 を示す。一方でD型はうま味を示さず、若干の苦味を伴う
2個のアミノ酸分子が結合し、いっぽうのアミノ酸のカルボキシル基と、もう一方のアミノ酸のアミノ基が縮合して、脱水縮合して結合をペプチド結合(peptide bond)という。それぞれのアミノ酸は同一種でなくても良い。また、ペプチド結合によって生成する化合物をペプチド（peptide）という。
ペプチドのうち、2分子のアミノ酸がペプチド結合したものをジペプチド（dipeptide）という。3分子のアミノ酸がペプチド結合したものをトリペプチド（tripeptide）という。多数のアミノ酸が縮合重合したものをポリペプチド（polypeptide）という。
ジペプチドには、ペプチド結合が1つ存在する。トリペプチドには、ペプチド結合が2つ存在する。
タンパク質は、ポリペプチドである。
ペプチド化合物で縮合に使われなかったアミノ基が末端に残るが、このペプチド化合物の縮合に使われなかった末端のアミノ基をN末端という。同様に、カルボキシル基も末端に残るが、これをC末端という。ペプチドの構造式を書くときは、N末端を左側に、C末端を右に配置して書くのが慣行である。
ジペプチドには、構造異性体が存在する。たとえば、グリシン（Gly）とアラニン（Ala）からなるジペプチドについて、グリシンのCOOH基とアラニンのNH2基が結合したものを、グリシルアラニン（Gly-Ala） という。また、グリシンのNH2基とアラニンのCOOH基が結合したものを、アラニルグリシン（Ala-Gly ）という。
グリシルアラシンもアラニルグリシンも、原子数は同じであるが、構造は異なる。
なお、ペプチドの名称は、このグリシルアラニンの例のように、N末端を持つグリシンが名称の先に来て、C末端をもつアラニンがあとに来る。
トリペプチドやポリペプチドの表記でも同様に、N末端からC末端のアミノ酸の名称で表記する。
トリペプチドでも、ジペプチドと同様に構造異性体が存在する。
なお、グルタミン酸は、カルボキシル基を2箇所もつので、グルタミン酸を含むペプチドでは、構造異性体の数が2倍に増える。
例として、いくつかのトリペプチドで構造異性体の数を求める。
GlyとGlyとAlaが結合したトリペプチドの場合。（Glyが2分子。）
構造順はGly-Gly-Ala　と　Gly-Ala-GlyとAla-Gly-Glyの3通りがある。光学異性体を考慮した場合は、グリシン以外のアミノ酸は光学異性体をもち、異性体数が2倍になるので、光学異性体を考慮したGlyとGlyとAlaが結合したトリペプチドの異性体は3×2=6で６通りになる。
GlyとAlaとAlaが結合したトリペプチドの場合。（Alaが2分子。）
構造順はGly-Ala-Ala　とAla-Gly-Alaと　Ala-Ala-Gly の3通りがある。光学異性体を考慮した場合は、グリシン以外のアミノ酸は光学異性体をもち、異性体数が2倍になるのであった。そして、光学異性体を持つAlaが２個あるから、2×2=4で４倍になる。最終的に光学異性体を考慮した異性体数は3×4=12で12通りになる。
タンパク質を構成するアミノ酸の配列順序のことを一次構造（いちじこうぞう、primary structure）という。たとえば表記「Gly-Gly-Ala」などは一次構造の表記である。
タンパク質のポリペプチドの多くの構造は、時計回り（右回り、Z撚り「ゼットより」）のらせん構造をもつ。
このポリペプチドのらせん構造をαヘリックスという。らせん１巻あたり、平均3.6個のアミノ酸が含まれる。
このらせん化は、水素結合による現象であり、 アミノ酸の分子中の-C=Oと-N-Hの間のOとHが水素結合し、
-C=O ・・・ H-N-
のように水素結合した結果、ペプチド全体ではらせん構造を取る。
並行にならんだ2本のポリペプチドのあいだに水素結合が保たれ、ヒダ状に折れ曲る構造をとることがあり、これをβシートという。
これら、αヘリックスやβシートをまとめて、タンパク質の二次構造（secondary structure）という。
αヘリックスをとったポリペプチドや、βシートをとったポリペプチドなど、二次構造をとったポリペプチドが、さらに折りたたまれて三次構造（tertiary structure）になる。三次構造の形成には、側鎖どうしに働く引力や、システインによるジスルフィド結合（disulfide bond） -S-S- によるものが関わっている。
三次構造はサブユニットと呼ばれる。
三次構造の生体組織の例として、ミオグロビンがある。ミオグロビンは、1本のポリペプチド鎖からなり、ヘム色素を持っている。ヘム色素は、酸素と化合する性質がある。
三次構造のポリペプチド鎖（サブユニットという）が、複数個あつまって集合体をなした構造を四次構造（quaternary structure）という。
四次構造の生体組織の例として、ヘモグロビンがある。ヘモグロビンは、2種類のサブユニットが2個ずつ、合計4個のサブユニットが集まって、できている。ヘモグロビンは、2個のヘム色素をもつ。
タンパク質を加水分解したとき、アミノ酸だけでなく色素、核酸、リン、脂質などアミノ酸以外の有機物を生じるものを複合タンパク質（conjugated protein）という。
たとえば、血液中にふくまれるヘモグロビンは色素をふくむ複合タンパク質であり、牛乳にふくまれるガゼインはリン酸をふくむ複合タンパク質であり、だ液にふくまれるムチンは糖をふくむ複合タンパク質である。
いっぽう、タンパク質を加水分解したとき、アミノ酸のみを生じるものを単純タンパク質（simple protein）という。
タンパク質の形状にもとづいて、球状タンパク質（globular protein）と繊維状タンパク質（fibrous protein）に分類される。一般に繊維状タンパク質は、水には溶けにくい。一方、球場タンパク質は、水に溶けやすい。球状タンパク質は、親水基を外側に、疎水基を内側にして、まとまっている事が多いため、である。
アルブミン、グロブリン、グルテリンなどが、球状タンパク質である。
ケラチン、コラーゲン、フィブロインなどが、繊維状タンパク質である。
タンパク質に熱、酸・塩基、重金属イオン、有機溶媒などを加えると凝固し生理的機能を失う。これをタンパク質の変性（denaturation）という。加熱によって変性することを熱変性という場合もある。
タンパク質の変性は、二次構造〜4次構造が破壊されることによって、起きている。そのため、変性したタンパク質は、元には戻らないのが普通である。タンパク質の変性では一次構造の配列順序は変わっていないが、二次構造以上の構造が変わっている。
タンパク質は水に溶けると、親水コロイド溶液になる。タンパク質のコロイド溶液は、多量の電解質によって、水和している水分子が覗かれるため、沈殿する（塩析）。
タンパク質水溶液に水酸化ナトリウム溶液NaOHを加え、少量の硫酸銅(II)水溶液CuSO4を加えると、赤紫色になる。この反応をビウレット反応（biulet reaction）という。これはCuとペプチド結合とが錯イオンを形成することに基づき、トリペプチドやポリペプチドなどのようにペプチド結合を2個以上もつ場合に起こる。よって、ペプチド結合が1個だけであるジペプチドでは、ビウレット反応は起こらない。
タンパク質水溶液に濃硝酸をくわえて加熱すると、チロシンやトリプトファンなどのアミノ酸中にベンゼン環をもつ場合に、タンパク質水溶液が黄色になる。これは、ベンゼン環がニトロ化されるためである。この溶液を冷却し、NaOHやアンモニアなどで溶液を塩基性にすると、橙色になる。
これらの反応をキサントプロテイン反応（Xanthoprotein reaction）という。
橙色になった水溶液は中和すると、タンパク質の色は黄色に戻る。
フェニルアラニンはベンゼン環を持つが、あまり反応しない。
システインやメチオニンなどのようにタンパク質がイオウを含む場合は、タンパク質の水溶液に、固体の水酸化ナトリウムを加えて加熱して、それから酢酸などで中和し、さらにそれから酢酸鉛（II）水溶液 (CH3COO)2Pb を加えると、硫化鉛(II) PbS の沈殿を生じる。硫化鉛の沈殿の色は黒色である。
毛髪はケラチンという繊維状タンパク質からなるが、この分子はジスルフィド結合 -S-S- によって、ところどころ結ばれている。このジスルフィド結合のため、毛髪は一定の形を保っている。
毛髪のパーマ処理は、還元剤をもちいて、このジスルフィド結合を還元して -S-H にすることで、ジスルフィド結合を切断している。
つぎに、酸化剤で、ジスルフィド結合 -S-S- を再生させると、もととは違ったつながりかたで、部分的にジスルフィド結合が再生されるので、元の髪型とは違った髪型になる。
パーマの還元剤には、チオグリコール酸アンモニウムが用いられる。パーマの酸化剤には、臭素酸ナトリウム NaBrO3 や過酸化水素などが用いられる。
繊維（fiber）とは、細くて糸状のものをいうが、その繊維のうち天然にある糸状の繊維を天然繊維（natural fiber）という。石油などから合成した繊維は合成繊維（synthetic fiber）という。
天然繊維のうち、植物からとれるもの（たとえば綿や麻など。主成分はセルロースなど）を植物繊維（plant fiber）といい、動物から取れるもの（羊毛や絹など。主成分はタンパク質。絹とはカイコから取れる繊維。）を動物繊維(animal fiber)という。
木綿（もめん、cotton）は、植物のワタから取れる植物繊維であり、主成分はセルロースである。木綿は、繊維の内部に中空部分があり、吸湿性が高い。
絹は、カイコガのまゆから取り出される繊維である。絹の主成分と構造は、フィブロインというタンパク質を、セリンと呼ばれるタンパク質がくるんだ構造である。
羊毛の主成分はケラチンである。
羊毛は、動物繊維であり、主成分はケラチンである。羊毛の表皮が鱗（うろこ）状で、クチクラ（キューティクル）と呼ばれる構造である。
羊毛は、伸縮性が大きく、また、水をはじく撥水性（はっすいせい）がある。羊毛は保温性があるので、毛布やコートなどに使われる。
羊毛や絹はタンパク質であるので、キサントプロテイン反応を呈する。
合成繊維や、天然繊維を溶媒に溶かしたり化学反応させたりと化学的に処理させたものなど、素材の合成に化学的な処理を必要とする繊維を化学繊維という。
天然繊維を溶媒に溶かしたのち、再び繊維に戻したものを再生繊維（regenerate fiber）という。セルロースの再生繊維はレーヨンと呼ばれ、レーヨンにはビスコースレーヨンと銅アンモニアレーヨンがある。
いっぽう、天然繊維を化学的に処理して組成を変化させたものは半合成繊維という。半合成繊維としては、たとえばアセテート繊維がある。
ある種のタンパク質には触媒の働きを持つものがある。この触媒として機能するタンパク質を酵素（enzyme）という。酵素は、無機触媒や金属触媒とは、異なる性質をもつ。酵素は、ある特定の物質にしか作用しない。これを基質特異性（substrate specificity）という。そして酵素が作用する物質および分子構造を基質（substrate）という。
酵素には、基質と立体的にむすびつく活性部位（active site）があるため、このような反応が起こる。活性部位のことを、活性中心（active center）ともいう。
たとえば、だ液にふくまれるアミラーぜはデンプンを加水分解するが、タンパク質を加水分解できない。酵素インペルターゼはスクロースの加水分解にしか作用せず、マルトースやラクトースなどの他の二糖類にはインペルターゼは作用しない。また、マルターゼは、マルトースにしか作用しない。
また、酵素はタンパク質であるので、タンパク質が変性する状況では、酵素はその能力を失う。熱変性などで、タンパク質が修復不可能になると、酵素の触媒能力もまた修復不可能となり、酵素を冷却しても、もはや触媒として機能しなくなる。このように酵素が触媒としての能力を失って、もはや酵素ではなくなったことを失活（deactivation）という。
酵素の触媒作用が最も働く温度を最適温度という。酵素にもよるが、動物の体温に近い、35℃から40℃といった温度である。
50℃以上など、これらより高温では熱変性で酵素の構造が破壊される。最適温度より低温にした場合は、低温の間は酵素としての作用が弱まるが、適温に戻すと、再び酵素としての触媒能力を取り戻す。
低温で酵素としての能力を失うことは一般には失活とは呼ばない。
酵素には、その場所のpHによって、触媒の働きの反応速度が変わる。もっとも酵素が働くpHを最適pH（optimum pH）という。
最適pHの値の傾向は、酵素の種類にもよるが、おおむねpH6～8といった、中性付近か、弱酸性の付近で、もっともよく働く。たとえばアミラーゼはpH6～7の付近が最適pHである。すい臓の中で働く酵素のトリプシンはpH8の弱い塩基性が最適pHである。
なお、胃酸の中で働く酵素のペプシンは最適pHがpH2の付近の強い酸性である。このpH2は、胃液のpHに近い。このように、酵素は、その酵素が働く環境下に近いpHで、よく働く性質になっている場合が多い。
細胞には核酸という高分子化合物が存在し、これは遺伝情報を担っている。
リン酸、ペントース、有機塩基が結合した化合物をヌクレオチドという。
また、ペントースと有機塩基が結合した化合物をヌクレオシドという。
核酸はヌクレオチドのペントースの3位の -HO とリン酸の -OH の部分が縮合重合したポリヌクレオチドである。
核酸には、リボ核酸 RNA と デオキシリボ核酸 DNA の2種類が存在する。核酸を構成するペントースの部分が、RNAはリボース

C
5

H
10

O
5

{\displaystyle {\ce {C5H10O5}}}
、DNAはデオキシリボース

C
5

H
10

O
4

{\displaystyle {\ce {C5H10O4}}}
 である[1]。
RNAを構成する有機塩基はアデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、ウラシル(U)の4種類である。DNAはアデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、チミン(T)の4種類である。
DNAはアデニン(A)とチミン(T)、グアニン(G)とシトシン(C)が水素結合によって、2本のポリヌクレオチドが合わさった二重らせん構造をとっている。

DNAの働きは、主にタンパク質の設計図となることと、遺伝情報を子孫に伝えることである。
DNAの遺伝子の働きかたを決める要因は、塩基の並び方で決定される。この塩基の並び方で、細胞で合成されるタンパク質が異なるため、DNAはタンパク質の設計図となっている。
DNAは、細胞核の中で、RNAをつくる。RNAの情報は、DNAの情報を元にしている。RNAは、核の外に出ていきリボソームと結合し、消化器官で食品のタンパク質から分解・吸収したアミノ酸を材料にして、 RNAの塩基配列に従ってアミノ酸をつなぎかえることで、タンパク質を作っている。


分子量が 10 000 以上の化合物を高分子化合物あるいは高分子という。
常温では固体で、成形が容易な合成高分子を合成樹脂（synthetic resin）あるいはプラスチック（plastic）という。
高分子化合物を作る際、たとえばポリエチレンはエチレンを合成させて作られるが、
このエチレンのように合成の単位になった分子1個のことを単量体（monomer）といい、いっぽうポリエチレンなどのように単量体のエチレンが連結したものを多量体（polymer）という。
単量体はモノマー、多量体はポリマーと呼ばれることもある。
単量体どうしが、結合することを重合（polymerization）という。
重合の際、たとえば二重結合のあるエチレンから、二重結合が単結合となることで重合するポリエチレンのように、二重結合が単結合となることで重合する結合を付加重合という。
重合の際に、化合物によっては、たとえば単量体に結合していた水素などが欠落し、副生成物として水分子が出来る場合がある。副生成物を生じて重合することを縮合という。特に、重合で水分子が、単量体由来の分子を原料として、水が副生成物として生じる場合の重合反応を脱水縮合という。
分子中の単量体の個数を重合度という。
いっぱんに多量体といった場合、特に重合度に決まりはないが、重合度が数百程度以上の物を指すことが多い。
高分子化合物を人工的に合成した場合、反応の重合度にばらつきが生じるので、分子量のグラフは右図のようになる。
ある高分子化合物について、その高分子化合物の分子量を平均したものを平均分子量（mean molcular weight）という。
高分子の分子量は、浸透圧を測定することで分子量を求められる。凝固点降下や沸点上昇を利用する方法では、うまく分子量を求められない。
高分子化合物の固体には、結晶構造の部分と非結晶構造の部分とが混ざっているが、大部分は非結晶部分である。
結晶構造の部分が多いと強度が高く、硬く、透明度が増す。
非結晶の部分が多いと、やわらかくなり、不透明になる。
高分子化合物は、一定の融点をもたない。
高分子化合物を熱していくと、明確な融点が分からないまま、だんだん軟化していき、しだいに液体になっていく。このように、高分子化合物において、軟化しはじめる温度を軟化点（softening point）という。
高分子化合物が一定の融点をもたない理由として、非結晶の部分が多かったり、あるいは、一定の分子量をもたず分子量が分布している事などがある
付加重合によって合成される樹脂について、その単量体はエチレン C＝C やビニル基 CH2＝CH のように二重結合を持ってる。
付加重合で合成せれた分子の構造には直鎖状の構造を持つものが多い。
アミド結合によって重合した化合物をポリアミド(polyamide)という。
エステル結合によって重合した化合物をポリエステル（polyester）という。
アジピン酸

HOOC
−

(
CH
2

)

4

−
COOH

{\displaystyle {\ce {HOOC-(CH2)4-COOH}}}
 とヘキサメチレンジアミン

H
2

N
−

(
CH
2

)

6

−

NH
2

{\displaystyle {\ce {H2N-(CH2)6-NH2}}}
 との縮合重合によって、ナイロン66が得られる[1]。
この、ポリアミドを繊維にしたものをナイロン（nylon）という。
環状のアミド結合を持つ、ε-カプロラクタム(caprolactam)に少量の水を加えて加熱すると、開環重合してナイロン6が生成する。
このように、環状分子が開環して鎖状のポリマーに重合することを開環重合（ring-opening polymerization）という。アミド結合を持つ環状化合物をラクタムという。
単量体が芳香族化合物であるポリアミドをアラミド(aramid)という。それを繊維にしたものをアラミド繊維という。
アラミド繊維の一例として、原材料にテレフタル酸ジクロリド

Cl
−
CO
−
Ph
−
CO
−
Cl

{\displaystyle {\ce {Cl-CO-Ph-CO-Cl}}}
と、p-フェニレンジアミン

H
2

N
−
Ph
−

NN
2

{\displaystyle {\ce {H2N-Ph-NN2}}}
 とを重合させると、p-フェニレンテレフタルアミドという化合物になる。
非常に丈夫であり、引っ張り強度も高く、耐熱性・難燃性もすぐれるので、防弾チョッキや消防服などに使用される。
エステル結合 -COO- によって連なった高分子化合物をポリエステルという。
ポリエステルは、合成繊維のほかにも、合成樹脂としても使われる。
テレフタル酸 HOOC-C6H4-COOH と、エチレングリコール HO-(CH2)2-OH を縮合重合するとポリエチレンテレフタラートが得られる。 略称はPETである。
PETは水を吸いにくい。 飲料用の容器のペットボトルに用いられる。
また、ポリエステル繊維はしわになりにくいので、衣服にも用いられる。
アクリロニトリル CH2=CH-CN を付加重合させたものをポリアクリロニトリルという。ポリアクリロニトリルを主成分とした繊維をアクリル繊維という。 ポリアクリロニトリルは疎水性であり、そのままでは染色しづらいので、ポリアクリロニトリル繊維に添加物として酢酸ビニル CH2=CH-OCOCH3 などの原子団を混ぜて、染色性を高める。
アクリル繊維の肌触りは羊毛に似ていて、やわらかい。
また、アクリロニトリルと塩化ビニルを共重合させた繊維は燃えにくく、カーテンなどに用いられている。
アクリロニトリルを窒素などの不活性気体中で、温度200℃ から段階的に温度を上げ 温度3000℃程度の高温で熱分解すると、炭素を主成分とする炭素繊維（カーボンファイバー）が得られる。炭素繊維は強度が優れている。
カーボンファイバーは、テニスラケットなどのスポーツ用品や釣竿、航空機の翼の材料の一つにも用いられる。
酢酸ビニルCH2=CH-OCOCH3 を付加重合させて、ポリ酢酸ビニル[-CH2-CH(OCOCH3)-]n を作り、これを水酸化ナトリウムNaOHでけん化するとポリビニルアルコール -[CH2-CH(OH)]- n になる。
ポリビニルアルコールは、ヒドロキシ基を多く持ち、水溶性が高いので、そのままでは繊維には使えない。洗濯のりとして、ポリビニルアルコールは用いられる。
ポリビニルアルコールは、硫酸ナトリウム水溶液へ入れると凝固する。なので、繊維にするために、ポリビニルアルコールを細孔から硫酸ナトリウム水溶液へ送り出す。これは、単に塩析をしただけなので、凝固しても親水性は変わらない。
硫酸ナトリウム水溶液で凝固させたポリビニルアルコールを、ホルムアルデヒド水溶液HCHOで処理すると、ポリビニルアセタールになり（アセタール化）、 これをビニロン（vinylon）という。
このアルデヒドで環にする反応をアセタール化という。アセタール化によって親水基のOH基が減ったので、ビニロンは水に溶けなくなり、繊維として使える。ビニロンには親水基が残っているため、ビニロンの繊維は吸湿性を持つ。
ビニロンは、防護ネットや漁網などに用いられる。
酢酸ビニルそのものの作り方は、エチレンCH2=CH2 に適当な触媒を用いて、酢酸CH3COOH と反応させると、酢酸ビニルCH2=CH-OCOCH3 が得られる。
高温に熱すると柔らかくなり、冷やすと固くなる樹脂を熱可塑性樹脂（ねつかそせい じゅし、thermoplastic resin）という。
合成繊維に用いられる高分子は、ほとんどが熱可塑性である。
いっぽう、熱可塑性樹脂に対して、別の種類の樹脂として、熱硬化性樹脂という樹脂がある。熱硬化性樹脂は、加熱しても軟化せず、加熱によって固くなり、また、冷やしても軟化しない樹脂である。
フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂が、熱硬化性樹脂である。
一般に、熱可塑性樹脂は付加反応で合成される場合が多く、いっぽうで熱硬化性樹脂は縮合反応で合成される場合が多いが、例外もある。
たとえばPET樹脂（ポリエチレンテレフタラート）は縮合反応で合成されるが、熱可塑性である。
エチレンを付加重合するとポリエチレン（polyetylene）ができる。
ポリエチレンは熱可塑性樹脂である。
ポリエチレンには、重合反応の条件により、高密度ポリエチレン（HDPE）と低密度ポリエチレン（LDPE）がある。
低密度ポリエチレン（Low Denscty PE）は高圧を掛けて重合させたものである。重合の開始剤として過酸化水素または酸素O2を用いる。温度100～350℃で、およそ気圧100atm ～ 200atm （およそ10MPa ～ 20MPa）程度で重合させると、ポリエチレンが得られる。
この低密度ポリエチレンの製法を高圧法という。
高圧法で作ったポリエチレンは枝分かれが多く、そのため、密度が低く、また軟らかい。
低密度ポリエチレンは軟らかいので、袋などによく用いられる。また、透明である。極性が無いので、吸水性がない。耐薬品性は良い。気体を透過しやすい。
触媒として、四塩化チタンTiCl4とトリエチルアルミニウムAl(C2H5)3からなる触媒（この触媒をチーグラー・ナッタ触媒という）を用いて、5atm程度の数気圧でエチレンを付加重合させると、ポリエチレンができる。枝分かれの少ないポリエチレンができる。これは高密度のポリエチレンである。この低圧法で作ったポリエチレンを高密度ポリエチレンという。
製法には、高圧法と低圧法がある。
熱可塑性樹脂である。ポリエチレンより硬い。耐薬品性は高い。
スチレンの付加重合。
熱可塑性樹脂。透明。電気絶縁材料として使われる。イオン交換樹脂の母材に使われる。
いわゆる「発泡スチロール」とは、このポリスチレン樹脂に気泡を含ませた材料。
ポリ塩化ビニルは、塩化ビニルの付加重合により得られる。
他の樹脂と比べて、非常に硬い。この硬さの理由は、塩素の極性の強さによるものである。燃やすと有害な塩化水素ガスが発生するので注意が必要である。耐薬品性が高い。
純粋なものは、光によって化学変化をしてしまい塩素が除かれてしまうので、遮光のため顔料を加えてある。
水道管などに用いられる。
ポリ酢酸ビニルは、酢酸ビニルの付加重合で得られる。略称はPVAc　。（polyvinyl acetate）
アルコールなどの溶媒に溶ける。水には溶けない。
軟化点が低く40℃～50℃程度で軟化するので成形品には用いられない。
用途は接着剤や、チューインガムのベースなど。ビニロンの原料である。
接着力のもとは、CO基による水素結合が接着力の理由である。
テトラフルオロエチレンCF2＝CF2 の付加重合。
フッ素樹脂をポリテトラフロロエチレン（polytetrafluoetylene）ともいう。略称はPTFE。
耐薬品性が極めて高い。耐熱性が高く、融点は327℃である。
摩擦係数が低い。
メタクリル酸メチルの付加重合。ポリメチルメタクリレート（polymethylmethacrylate）ともいう。略称は PMMA である。「メタクリル樹脂」と略される場合も多い。
透明度が高い。光学レンズに用いられる。
溶媒に溶ける。耐薬品性は良くない。
有機ガラスと呼ばれる。プラスチック製のガラス材料として用いられる。
以上の樹脂は熱可塑性樹脂である。以上の樹脂は付加重合によって作られる。付加重合とは重合する際に二重結合や三重結合の結合手の一本が開かれる重合である。一般に付加重合で作られる樹脂は熱可塑性樹脂である。
いわゆる「アクリル樹脂」とは、このポリメタクリル酸メチルの場合も多い。
水族館の水槽に使われるプラスチック製の透明板は、このポリメタクリル酸メチルの場合も多い。
加熱しても軟化せず、加熱によって固くなり、また、冷やしても軟化しない樹脂を熱硬化性樹脂（thermosetting resin）という。
構造は立体網目状の構造を持つものが多い。
フェノールにホルムアルデヒドを、酸または塩基触媒で加熱反応させると、酸の場合はノボラック（novolac）、塩基の場合はレゾール（resol）という、重合度のひくい中間生成物ができる。これに硬化剤を入れて加熱すると、熱硬化性のフェノール樹脂（ベークライト）ができる。
このフェノール樹脂の合成反応は、付加反応（フェノールとホルムアルデヒドの反応が付加反応）と縮合反応（さきほどの付加反応で生じた2種類の物質がそれぞれ単量体となって縮合していく）が、くりかえし行われて合成される反応なので、付加縮合（addition condensation）という。
フェノール樹脂の合成で、フェノールとホルムアルデヒドを反応させるさい、触媒に酸を用いると、ノボラック（novolac）という鎖式構造の重合分子が得られる。ノボラックは軟らかい固体物質である。このノボラックから重合によってフェノール樹脂ができる。
重合の際、ノボラックに硬化剤としてヘキサメチレンテトラミン(CH2)6N4を加える。
フェノール樹脂の合成で、フェノールにホルムアルデヒドを反応させる際に、塩基を触媒としてフェノールにホルムアルデヒドを反応させるとレゾール（resol）という鎖式構造の重合分子が得られる。レゾールは液体であり、また、分子構造がノボラックとは異なる。
レゾールを加熱すると重合反応が進みフェノール樹脂になる。
フェノール樹脂は電気絶縁材料に用いられている。熱硬化性樹脂である。
アルカリには、やや弱い。
フェノール樹脂は、分子構造が、網目の立体構造になっている。
商品名でベークライトという名称がある。
アミノ基とホルムアルデヒドの付加縮合によってできる樹脂をアミノ樹脂（amino resin）という。
アミノ樹脂には、尿素樹脂や、メラミン樹脂がある。
尿素樹脂とは、尿素とホルムアルデヒドを縮合重合させたアミノ樹脂である。透明で、また着色性が良い。酸およびアルカリに弱い。
用途は装飾品や電気器具、食器などに用いられる。
メラミンとホルムアルデヒドを縮合縮合。
硬い。無色透明。
用途は装飾品や電気器具、食器などに用いられる。
アルキド樹脂（alkyd resin）とは、無水フタル酸とグリセリンなどの、多価アルコールと多価カルボン酸の縮合重合。耐候性にすぐれる。この樹脂の用途は、おもに塗料や接着剤などであり、成形品には用いないことが多い。
シリコーン樹脂は無機高分子の樹脂である。
塩化メチルとケイ素の反応によって、クロロトリメチルシランまたはジクロロトリメチルシラン、またはトリクロロメチルシランなどのメチルクロロシランのアルキルシラン類が作られる。このアルキルシラン類の付加重合によってシリコーン樹脂が作られる。
塩化メチルはメタノールと塩酸から作られる。
構造の骨格は、ケイ素Siと酸素Oが結合したシロキサン結合(-O-Si-O-) で形成されている。
耐熱性や耐薬品性が良い。
ビスフェノールとエピクロロヒドリンが架橋（かきょう）して重合。
架橋にはポリアミン化合物などが必要。
エピクロロヒドリンの末端にもつ3員環の基がエポキシ基である。
用途は、よく接着剤に用いられる。接着剤としての利用は、架橋のために加えるポリアミン化合物などを硬化剤として用いる。
フマル酸やマレイン酸などの、二重結合を持つ不飽和酸と、エチレングリコールを重合させた分子を、スチレンで架橋した分子。
繊維強化プラスチックFRP（Fiber reinforced plastic）の母材として、この不飽和ポリエステルは用いられることが多い。
ゴムノキの幹に傷をつけると、その木から白い樹液が取れるが、このゴムノキの白い樹液をラテックス（latex）という。このラテックスは白くて粘性がある。
ラテックスは疎水コロイド溶液であり、炭素にタンパク質が保護作用をした保護コロイドによるコロイド溶液である。
ラテックスに酢酸などの酸を加えて凝固させたものが天然ゴム（natural rubber）あるいは生ゴム（raw rubber）である。生ゴムの主成分はポリイソプレンであり、これはイソプレン C5H8（示性式はCH2=C(CH3)CH=CH2である。）が付加重合したものである。
生ゴムには、弾性はあるものの、生ゴムの弾性は弱い。ゴム材料に弾性を持たせるには、加硫（= 硫黄を添加して加熱する処理）という処理が必要である。
イソプレンの構造式を見ると、2箇所の二重結合の間に単結合がある部位がある。二重結合があるため、シス形とトランス形の二通りがあろうが、一般の生ゴムの場合はシス形ポリイソプレンである。
いっぽう、マレー半島などのアカテツ科の樹液からとれるグッタペルカは、トランス型のポリイソプレンである。グッタペルカは常温ではプラスチック結晶状の硬い固体である。50度以上の温度で柔らかくなる。
生ゴムに硫黄Sを数%加えて加熱すると、弾性が増す。このゴムを弾性ゴム(elastic rubber）や加硫ゴムと言い、この操作を加硫（かりゅう、vulcanization、cure）という。
ポリイソプレンの2重結合の部分に硫黄原子Sが結合し、S原子は2個の原子と結合できるから、S原子が他の二重結合とも結びつき、S原子がポリイソプレンを橋架けして、(-S-S-)といった結合が生じるをする。このような高分子鎖などを橋架けをする反応を架橋結合（かきょう けつごう）または架橋（cross linkage）という。
加硫ゴムは、2重結合が減った結果、化学反応性が低下するので、耐薬品性が増す。
生ゴムに30%～40%の硫黄を加硫して加熱した得られる黒色のかたいプラスチック状の物質をエボナイト（ebonite）という。
天然以外に製造したイソプレンを架橋したゴムや、ブタジエンなどを架橋させたゴムなどを、合成ゴム(synthetic rubber)という。
合成ゴムには、イソプレンゴムやブタジエンゴムの他に、クロロプレンゴムやスチレン・ブタジエンゴムやブチルゴムなどがある。
ブタジエンゴムとクロロプレンゴムは付加重合によりゴム化する。
ブタジエンゴムでは、ブタジエンCH2=CH-CH=CH2から、ブタジエンゴム[-CH2-CH=CH-CH2-]n へとなる。シス型とトランス型があり、弾性に富むのはシス型のほうである。シス型を多く得るにはチーグラー触媒 TiCl4-Al(C2H5)3 を用いる。
摩耗性に優れているので靴底や、スチレンブタジエンゴムと配合させてタイヤなどに用いられる。なお、タイヤの色が黒いのは、補強材として炭素を加えているからである（※ 参考文献: 数研出版の教科書より）。
クロロプレンゴムにもシス型とトランス型が有る。 クロロブレンの単量体（重合前のこと）の示性式は CH2=CCl-CH=CH2 である。
以上のブタジエンゴムは1種類のブタジエンから合成する合成ゴムであった。重合の単位となる分子を単量体というが、このように1種類の単量体しか用いない場合とは違い、複数種の単量体を用いるゴムを共重合ゴム（きょうじゅうごうゴム）という。 たとえばスチレン・ブタジエンゴムはスチレンとブタジエンを単量体とした共重合ゴムである。
また、ゴムにかぎらず、単量体（monomer）が複数ある重合結合を共重合（copolymerlization）という。 共重合で生成した高分子化合物を共重合体（copolymer）という。
略称はSBR。 ブタジエン (CH2=CH−CH=CH2) とスチレン(C6H5−CH=CH2) が共重合したもの。
耐磨耗性が良いので、タイヤなどに用いられることが多い。なお、タイヤの色が黒いのは、補強材として炭素を加えているからである。
略称はNBR。アクリロニトリル・ブタジエンゴムも共重合ゴムである。 耐油性が高く、このため石油ホースなどにも用いられてる。
シアノ基（ニトリル基） R-C≡N の極性のため、耐油性が高い。
ジクロロジメチルシランを加水分解すると、ケイ素を含む重合体のポリメチルシロキサンが得られる。 これの架橋に、架橋剤として過酸化ベンゾイルなどの過酸化物の架橋剤を用いて架橋をすると、(-C-C-)といった架橋結合をもったシリコーンゴムが得られる。 シリコーンゴムの架橋には硫黄は用いない。
付加重合による重合とは違い、シリコーンゴムは二重結合を持たないので、大気中の酸素による二重結合の酸化による劣化が少ないので、酸化しづらく耐久性などの性質が優れる。


純水の製造や、溶液中の成分の濃縮に、イオン交換樹脂（ion-exchange resin）が用いられている。イオン交換樹脂とは、溶液中のイオンを、べつのイオンに交換する樹脂である。
純水の製造には、海水の淡水化（塩水から、真水にすること。）や、他には工業用の純水化がある（※ 範囲外: たとえばボイラーに使う水からカルシウムなど硬水成分を除去するのに、イオン交換樹脂が使われている。 参考文献: 工業高校用の教科書『工業材料』平成16年発行版）。
スチレンC6H5-CH=CH2 とp-ジビニルベンゼン CH2=CH-C6H5-CH=CH2 を共重合化させると、立体網目状で、水には不溶の高分子が得られる。これを濃硫酸でスルホン化すると、スチレンのベンゼン環にスルホ基-SO3Hが導入される。
この樹脂は、水溶液中では水素イオンを放出し、代わりに溶液中の他の陽イオンと結合する事ができる。このような、水溶液中では水素イオンを放出し、代わりに溶液中の他の陽イオンと結合する事ができる 樹脂を陽イオン交換樹脂という。
このスチレンとp-ジビニルベンゼンを共重合化させたものを濃硫酸でスルホ化させた樹脂は、陽イオン交換樹脂の代表的なものとして、よく用いられる。
使用して、陽イオンが水素以外と交換したものは、そのままでは交換能力を失っているが、この樹脂に希塩酸や希硫酸などの酸性の溶液を通すと、ふたたびスルホ基-SO3 に水素分子Hが結合した状態-SO3Hに戻り、陽イオンの交換能力を取り戻す。
使用済みの陽イオン交換樹脂が、陽イオンの交換能力を取り戻すことを、イオン交換樹脂の再生という。
ポリスチレン分子中に、トリメチルアンモニウム基-N+(CH3)3などの塩基性の基を導入し、さらに強塩基でアルカリ化して基を-N+(CH3)3OH- にしておく。
この基は、溶液中の陰イオンとOH- を交換する能力を持つ。このような樹脂を、陰イオン交換樹脂と呼ばれる。
使用済みの陰イオン交換樹脂は、水酸化ナトリウム溶液などの強塩基を通すことで、イオン交換が再生する。
医療でもちいる人工透析でも、イオン交換膜が用いられている。（啓林館の検定教科書で確認。）
なお、半導体の製造に使う「超純水」は、じつは純粋な水ではなく、半導体製造用に成分のコントロールされた水である。この超純水の製造も、水道水をもとにイオン交換樹脂で純度を上げた水が、使われているらしい。


アクリル酸ナトリウムCH2=CH-COONaを架橋させたポリアクリル酸ナトリウムは、多量の水を吸収する。
吸水の仕組みは、水が加わると、電離によってCOONa部分が、COO-とNa+に電離するが、このときイオンの増加により浸透圧が発生するので、水を吸収する。
また、COO-どうしは同種の電荷なので反発しあい、樹脂が膨張するので、膨張した隙間に水が入り込めるようになり、水を吸収する。
吸水性樹脂の用途としては、紙おむつや土壌保水剤などがある。
光（おもに紫外線）を当てることで急激に重合して硬化し溶媒に溶けにくくなる樹脂がある。
ポリビニルアルコールの樹脂にケイ皮酸 C6H5CHCHCO2Hを結合させた高分子は、紫外線を当てると、架橋反応が起きる。（数研出版チャート式化学でケイ皮酸が紹介されている。）
また、他の樹脂では、光を当てることによって化学変化をして溶媒に溶けるようになる樹脂もある。
このように、光を当てることによって性質が大幅に変化する樹脂のことを感光性樹脂（かんこうせいじゅし、photosenstive polymer）という。
感光性樹脂は、プリント配線や集積回路の製造、印刷、金属の精密加工、歯科の充填剤などに利用されている。
自然界で、微生物などにより分解される樹脂を生分解性樹脂(せいぶんかいせい じゅし、biodegradable polymer)という。
また生分解性樹脂などが、自然界で分解されることを生分解という。
分子構造の種類は、おもに、タンパク質のものと、乳酸を重合させて得られるポリ乳酸や、ポリグリコール酸のものや、デンプンやセルロース、キトサンなどからつくられるものがある。微生物などの作用によって、これらの生分解性樹脂は、しぜんに分解される。
外科手術用の縫合糸に、抜糸の必要がないため、ポリ乳酸やポリグリコール酸の糸が使われている（啓林館、東京書籍の検定教科書に記述あり）。
一般に、生分解性樹脂は親水性が高まるほど、生分解されやすくなる。なお、ポリ乳酸の原料の乳酸は、デンプンなどから得られるため、石油系のプラスチックの代替としても期待されている。
アセチレンの重合体であるポリアセチレンの導電率は、ポリアセチレンそのものは、電気をさして通さない。
しかし、ヨウ素I2を加えると、電気を通すようになり、なお、その場合の導電率は銅に近い。
しかし、ヨウ素などの添加によって、ポリアセチレンは金属並みの導電性を持つ（銅くらいの導電性とされる）。
このため、ポリアセチレンのような、導電性をもった高分子のことを導電性高分子（どうでんせい こうぶんし、conducting polymer）という。
導電性高分子の産業の応用として、コンデンサー、ポリマー電池などの応用・研究などが進んでいる。
日本の白川英樹（しらかわひでき）は、この導電性ポリアセチレンの発見と研究で、ノーベル賞を2000年に受賞した。
ところで、ポリアセチレンの構造は、長い共役二重結合（きょうやく にじゅう けつごう）をもった化合物である。単結合と二重結合が繰り返している構造を、共役二重結合という。
ポリアセチレンのほか、ベンゼンも、共役二重結合をもっている（なお、このベンゼンの共役二重結合こそが、ベンゼンの安定性の理由の一つである）。
一般に、化合物の価電子は、共役二重結合の内部を動き回れる性質がある。（この共役二重結合を動き回れる価電子をπ電子（「パイでんし」）という。）
この共役二重結合とπ電子が、ヨウ素の加わったポリアセチレンの導電性の理由でもある。
ポリオレフィンビニレンの高分子は導電性高分子であり、さらに電気を通すと発光することから、有機ELなどのディスプレイ発光素子としての研究が進められている。
半導体産業の用語にならってだろうか、この、導電率をあげるためにポリアセチレンにヨウ素などを加える操作のことを「ドーピング」という。(シリコン半導などの半導体体産業にも「ドーピング」という用語がある。)
このように、類似点があるが、しかし相違点もある。
相違点のひとつは、下記のとおり。
（ここまで相違点。）
※ このように相違点もあるので、検定教科書では半導体との類似点を記述していないことにも、教育的な合理性がある。
導電性樹脂のハロゲン添加において、単体では導電性を持たないヨウ素を添加して導電性が向上するのは、ヨウ素に電子が吸収されるからであるとされている。ヨウ素の他に、ハロゲンであるBr2やFeCl2なども、電子を吸収する。これらの性質を電子求引性（でんし きゅういんせい）という（※ 「吸引」ではなく「求引」）。また電子求引性をもった化合物を「アクセプター」という。(半導体産業にも「アクセプター」という用語がある。)
いっぽう、NaやLiなどは電子を供与する物質であり、これらを添加することでも、ポリアセチレンの導電性を向上できる。ただし、ナトリウムやリチウムの場合、それ自体が金属であるので、果たして共役二重結合的なメカニズムによって導電率が向上したのか、それとも、単に金属が添加されたことで導電率が向上したのか、不明確である。
この電子を供与する性質を電子供与性と言い、また電子供与性のある化合物を「ドナー」という。(半導体産業にも「ドナー」という用語がある。)
この原理は、シリコン半導体などのドーピングの原理と似た原理である。
なので共役π電子系の導電性高分子でも、ドナーやアクセプターの添加を「化学ドーピング」あるいは「ドーピング」という。
なお、ポリアセチレンそのものの合成は、チーグラー触媒を用いてアセチレンガスと有機金属化合物から合成できる。
ポリアセチレンの他の高分子でも導電性樹脂の開発が進められている。
たとえばポリチオフェンやポリアニリンが有る。
それらも同様に、共役二重結合をもった導電性樹脂の場合は、導電の仕組みは共役二重結合によるものである。
「イオン伝導性樹脂」と言われるものには、いくつかの種類がある。
この節では、そのうち、いくつかを取り上げる。
ポリエチレンオキシド (-CH2-CH2-O-)n やポリプロピレンオキシド (CH2-CHCH3-O-)n は、金属塩LiClO4などのアルカリ金属塩と複合体をなす。ポリエチレンオキシドなどとアルカリ金属塩との複合体は、高い導電性を持つ。この導電性の高さの理由は、樹脂内でアルカリ金属塩がイオンに電解していると考えられている。なお、このように固体内で化合した塩をイオンに電解している物質を「固体電解質」という。
ポリエチレンオキシド（PEO）は、PEO系のリチウムイオン電池に利用されている・・・と言われている。
なお、生物実験などで用いられるポリエチレングリコールは、ポリエチレンオキシドの一種である。（※ ポリエチレングリコールについては『高等学校生物/生物II/遺伝情報の発現』）
なお、エチレンオキシドとエチレングリコールは、異なる分子である。（※ エチレングリコールについては『高等学校化学I/脂肪族化合物/アルコール』にて説明してある。）
ポリエチレンオキシドは水に溶ける。また、ベンゼンにも、ポリエチレンオキシドは溶ける。
水の中では、ポリエチレンオキシドの分子中にたくさんある酸素原子が、水素結合のような結合によって水分子のH+イオンにまとわりつく、考えられている（このような溶液中での結合を「溶媒和」（ようばいわ）という）。
このように水に水ける性質を利用して、ポリエチレンオキシドをほかの疎水性分子と結合させることにより、界面活性剤としても利用されている。
ポリエチレンオキシドは、いくつかのタンパク質の分解や反応を阻害する作用があり、毒性が小さいので、食品添加物や医薬品などにおいてタンパク質の安定剤などとしても用いられている。
なお、ポリエチレンオキシドを用いた方式のリチウムイオン電池では、 ポリエチレンオキシドのたくさんの酸素原子が Li+ に溶媒和している、考えられている。
なお、アルコールがアルカリ金属と化合するように（いわゆるアルコキシド）、アルカリ金属と有機化合物が複合する事自体は、べつに珍しい事ではない。（※ 『高等学校化学I/脂肪族化合物/アルコール』） セッケンや多くの合成洗剤がナトリウム化合物であるように、固形の有機化合物でもアルカリ金属と化合している物質も、多く存在する。（※ 『高等学校化学I/脂肪族化合物/セッケン』）
また、吸水性高分子で、アクリル酸ナトリウムCH2=CH-COONaを架橋させた「ポリアクリル酸ナトリウム」という吸水性高分子があるように、高分子にアルカリ金属が化合している物質がある事自体は、べつに珍しい事ではない。
右図の分子「ナフィオン」は、イオンを通す。（※ 参考文献: 培風館『step-up 基礎化学』、梶本興亜 編、2015年初版、183ページ）
そのため、この構造の分子は燃料電池（固体高分子型の燃料電池）に用いられる事がある。
分子中のスルホン酸-SO3Hの部分が、イオン導電性に関わってると考えられている。