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Ⅰ-4 生化学実験に用いる単位と量（演習） |
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マニュアル本文 |
| 付：モル、モル濃度 |
| ①モル（mole,mol）： |
| 体積に関係なく、例えばフラスコや試験管の中に存在するある物質の量を表わす。 分子量にグラムをつけた質量だけの量として定義される。 |
| 解説：＜さあモルデビューです＞ |
| これでわかりますか？日本語で書いてありますけどね。私にはさっぱりわかりませんでした。ＳＩ基本単位のうちモルは日常生活では全く使用しませんが、バイオ実験も含めた化学系実験では頻繁に使用する重要な単位です。このため、ここで特にモルの第一回目の説明をします。 今後モルが出てくるときはいきなり実戦的な話になるので、モルとは何かの概略をここで覚えてください。 |
| 解説：＜モルを理解するには日常生活とはかけ離れた感覚が必要だ＞ |
| 話は少し変わりますが、あなたは自分の目で直に酸素１分子を見たことありますか？炭素１分子は？。それじゃブドウ糖１分子はどうですか？そう、見えるわけ無いのです。今後さらに科学技術が発達すれば、電子顕微鏡みたいなものを使って見えるようになるでしょうけど、直に自分の目でみることはできませんね。小さすぎますから。モルはこの分子を扱います。だから日常生活で出てくるわけないのでピンとこないのはあたりまえです。 |
| 解説：<モルは分子を扱う> |
| モルは、存在はしても目で見ることができない分子ってやつを扱うのです。上の文章のうち「ある物質の量」の「物質」って、この分子のことだと考えてもいいでしょう。 分子の姿はだいたいこんなもんだろうということはわかっています。だからそれを頭の中で想像して、見たつもりになってもいいのですが、分子の種類によって当然大きさが違うので、かえってややこしくなっちゃうかも！なのです。 |
| 解説：＜モルは１０の２３乗個という非日常的な量を扱う＞ |
| さらにもう一つ、「ある物質の量」のうち、「量」についてです。この「量」がまたややこしい。日常生活ではとても経験できない数値です。基準になる１モルは、６．０２・・・×１０２３個という「量」なんです。これが日常生活の中で体験できたことってありますか？ １億円（１００，０００，０００円＝１×１０８円）欲しいですね。でも、これでも１０８（１０の８乗）です。１０２３（１０の２３乗）なんてピンとくるわけないのです。 私はものずきだから１×１０２３を書いてみましょう。 １００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００ です。出てくるのは、さらにこれの６．０２・・・倍ですからね。この数値はアボガドロ数（Avogadro数）という別名をもった数値ですが、詳しい定義は化学屋さんにまかせましょう。ここでは今後この数を省略して６×１０２３と表します。 さあ、モルが他の単位と違って、なぜ馴染みがないのかわかりましたか？ とてつもなく小さい分子を扱って、さらにとてつもなく大きな６×１０２３という数値が出てくるわけですから当たり前です。 この段階では、「モルが対象にしているのがとてつもなく小さな分子だ」ってことと、「モルが関係する量がとてつもなく大きな６×１０２３という数値だ」ってことを知っておいてください。だから実感はわきにくいですよね。日常の生活では絶対に体験できません。じゃどうすれば良いんでしょうか。さあ次です。 |
| 化学大事典では、「物質の分子量に等しいグラム数の物質の量を１モルという」と表現している。すなわち、モルを考えるときは必ず分子量を考えなければならない（実用上非常に重要）。 |
| 解説：＜モルが出てきたらすぐに対象分子の分子量を調べる＞ |
| モルを考える上で、まず最初に覚えることは「モルが出てきたら、すぐにその分子の分子量を調べなさい」です。 え！、分子量、これもなんか聞いたことがある・・・分子量だの原子量だの式量だの言葉は聞いたことあるけど・・・なんかめんどくせ～！！ そう、でもダメです。この世界（化学がちょっとだけ関係するバイオの世界）にいる限り、分子量を調べるのが面倒だとわめいていたら、1歳前後の赤ちゃんが歩くのめんどくせーから歩かない！！とわめいているのと同じです。ダメです。 分子量って何？、原子量と何が違うの！！バイオ屋の世界では、そんなことあんまり気にしなくていいです。少なくとも私は詳しくは知りませんし、知りたくもありません。分子量の定義なんて難しいことは化学屋さんにまかせましょう。 ではどうすればよいでしょうか。 |
| 解説：＜分子量を知るには＞ |
| モルを考えるためにはまず絶対に分子量を知らなくてはなりません。分子量は、「対象となる分子の化学式」がわかれば簡単に算出できます。そうです、化学式から自分で算出するのです。ただし、ただの足し算とかけ算だけです。足し算とかけ算、できない人いますか？ じゃ残る問題は「対象となる分子の化学式」ですね！ 「対象となる分子の化学式」って、たとえば、「塩化ナトリウムの１モル溶液を作る」場合、塩化ナトリウムが対象で、化学式はＮａＣｌです。塩化ナトリウムの化学式がなぜＮａＣｌなんだ？？という人はさすがに少ないと思いますが、じゃ、「リン酸水素２ナトリウムの化学式」なんて出てきたら、今度はそのままＮａ２ＨＰＯ４とすぐわかる人は少ないでしょう。現実にはもう一つ問題があります。たとえば、このリン酸水素２ナトリウムは、試薬として結晶の形で販売されてますが、販売されている形は４種類あるのです。結晶中に水分子が入り込んでいるものが３種類と、水が無いＮａ２ＨＰＯ４（無水物）です。結晶中に水分子が入り込んでる３種類は、それぞれ、Ｎａ２ＨＰＯ４１分子に水分子が２分子、７分子、１２分子入り込んでいる結晶です。なんだそれ？？？わけわからん・・・・。そうです、今はわけが判らなくてＯＫです。 ここで必要なことは、指示書に塩化ナトリウムと書いてあったとき、これがＮａＣｌであるとわかることです。じゃ、リン酸水素２ナトリウムと書いてあったらどうすればよいでしょうか。 あなたが、人に聞くことができる環境にいるなら、聞けば良いでしょう。聞けない場合は自分で調べます。 調べ方はいろいろとありますが、現在の環境ではネットの検索エンジンで対象となる分子の名前を入れれば、化学式として出てきますから、これが最も楽でしょうね。ネット以外の方法は、化学辞典、理化学辞典、生化学辞典などの辞典類で調べることです。また、意外と楽なのが、試薬メーカーが学校に配布している分厚い試薬カタログです。ただ試薬カタログの検索は英語表記になっているので、後ろに載せてある日本語の索引で掲載ページを調べます。これらの方法の便利なところは、物質の化学式がわかるだけでなく、目的である分子量が、たとえば「Mw.○○○.○○」などと書いてあるので、そのまま判ることです。これでおしまい。分子量が判ります。要は、どんな方法でも自分で調べれば、分子の化学式と分子量はすぐわかります。 |
| 解説：＜分子量の計算方法＞ |
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化学式はわかるけど、分子量がわからない場合
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| 解説：＜計算の桁数をどうしよう？計算の正確さをどのように考えるのか＞ |
| 分子量の計算をしたら、１４１．９５８と出てきました。ここで本当は？？・・・？？っとなる人がいると思います。だって、水素の原子量が小数点以下３桁で、他の原子量は小数点以下２桁ですね。上の計算ではこれを単純に足しましたね。本当にこれでいいの？？ たぶんわかってる人やうるさ型の先生たちは、何だこれ・・・だめだ。となるでしょう。 でも、著者は、この段階ではこれで良いとしておきます。だって、実際のバイオ実験では、よほど厳密な重量管理を必要とする実験以外は、「これは間違いだ」と指摘する「やつ」は、実際を知らない「やつ」だからです。ばかばかしいからそんな「やつ」は著者は相手にしたくありません。実験実技として重量測定誤差や生物試料の個体差を考えると、重箱の隅をつついてることに気づかないかわいそうな「やつ」です。重箱の隅の問題はこれから先、少しずつ覚えればいいのです。それより、ここではモル計算に絶対に必要な分子量の計算ができるようになることです。 だけど、すこし余裕のある人はここで覚えておいてください。 ②で示した表は日本化学会の原子量委員会が実際に出している数値です。全ての原子量を４桁で表示しています。だから、小数点以下が水素は３桁でその他は２桁表示になってしまいます。つまり、水素以外は小数点以下３桁目が表示されてないので３桁目は無意味な数値になりますね。なのに得られた数値は水素の原子量の影響から小数点以下３桁目が存在しますね。これ、３桁目はあまり意味無いですよね。だから、上で計算した数値の小数点以下３桁目は無意味になります。 じゃどうすればいいか、まあ、普通は水素を他の原子の小数点以下の桁数に合わせて１．００８→１．０１のように四捨五入して小数点以下の数値を合わせて計算する方法をとります。 したがって、分子量の数値は、１４１．９６となります。だけど、この数値だってどこまで正しいのか・・・とまた重箱の隅をつつきたくなることでしょう。実際のバイオ実験では、こんな重箱の隅をつつくより、試料として使用する生物の細胞の差の影響の方がよほど大きいですからね。 |
| 解説：＜物質の分子量に等しいグラム数の物質の量を１モルという＞ |
| 分子量は何とかなりそうですか？もし自信がなければもう一度戻って分子量を理解してください。 分子量がわかったことにして話を続けましょう。 「物質の分子量に等しいグラム数の物質の量」って、どういうことでしょうか。これが１モルなんですね。 さあ、「物質の分子量に等しい」とは、例を挙げて考えてみましょう。 まず塩化ナトリウムを考えましょう。塩化ナトリウムは化学式がＮａＣｌです。なれてない人は上の表を使って確認してください。ナトリウム（Ｎａ）の原子量は２２．９９、塩素（Ｃｌ）の原子量は３５．４５ですね。だから、分子量は２２．９９＋３５．４５＝５８．４４より５８．４４ですね。 つまり物質の分子量５８．４４に等しい「グラム数の物質の量」ですね。 分子量は５８．４４で、これに等しいグラム数ですから、５８．４４ｇですね。 繰り返しますが、 物質（とはＮａＣｌですね）の分子量（とは５８．４４ですね）に等しいグラム数（とは５８．４４ｇですね）の物質の量（つまりＮａＣｌが５８．４４ｇという量）が１モルなんですね。 さあ、ＮａＣｌが１モルで５８．４４ｇということですね。 これをさらに広げると、前に出てきた 「リン酸水素２ナトリウムの１モル」は、分子量である１４１．９６にグラムを付けた量なので 「リン酸水素ナトリウム１モルは１４１．９６ｇ」ということですね。これは重要ですよ。だって、１モルの重さがわかったわけですから。 でもこれだけだと、「で、なんなのさ？？？｝となりますね。 |
| １モル ＝ ６×１０２３分子（Avogadro数） ＝
分子量にグラムをつけた質量だけの量 アボガドロ数：１モル（１グラム分子）の純物質中に存在する分子の数。 |
| 解説：＜ある物質の分子量が違えば、１モルつまり６×１０２３個の重さも違う＞ |
| 「で、なんなのさ？？？」の続きです。 ＮａＣｌは１モルで５８．４４ｇ。で、大切なことは、この５８．４４ｇの中にＮａＣｌ分子が６×１０２３個入っている。ということです。 つまり、 ５８．４４ｇ（分子量にグラムを付けた質量）のＮａＣｌは分子の数が６×１０２３個だということ。 だから、Ｎａ２ＨＰＯ４（分子量１４１．９６）が１４１．９６ｇあればこの分子の数は６×１０２３個です。分子量相当のグラム数でその分子が６×１０２３個なのです。 これが「で、なんなのさ？？？」の答えです。１モルって分子の数のことなんですね。 それも、６×１０２３個という非日常的な数なんです。 分子によって当然大きさが違います。で、物質の分子量が大きいと当然６×１０２３個集めればその分重くなるわけですね。 |
| ※モル、mole,molとは、物質の量を表わす。 例えばビール瓶１ダースは、ビール瓶が１２本のこと。 同様に、１モルとは、分子の数が６×１０２３個のこと。 |
| 解説：＜モルという単位は、単に物質がいくつあるかだけの意味で、容積に関係ない＞ |
| さあ、やっと本題です。もう一度はじめの文章に戻ります。 モルとは「体積に関係なく、存在するある物質の量を表わす」でした。 まず、体積は関係ないんですね。ある物質が、どれだけあるかだけが問題になります。だから、ある物質が全宇宙にちらばっていても、容積１００ｍｌのビーカーに存在していてもいいわけです。 「ある物質が全宇宙に何モルある」「このビーカーの中にある物質が何モル入っている」 という表現になります。 ビール瓶が１２本あります。その１２本がビールケースにきっちり入っていても、貴方の部屋の中にばらばらにおいてあっても、どちらも１ダースですよね。これと同じです（未成年はビール飲めないよ！）。 |
| ※「１モルの重さ」は分子量にグラムをつけた質量だけの重さのこと。 例；①グルコース（ブドウ糖 Ｃ６Ｈ１２Ｏ６）の場合、分子量が１８０であることから、 グルコース１モルの重さは１８０ｇとなる。 当然、グルコース１８０ｇ中のグルコースの分子数は６×１０２３個である。 ②タンパク質の一種であるアルブミンの場合、分子量が６８０００であることから、 アルブミン１モルの重さは６８０００ｇすなわち６８ｋｇとなる。 当然、アルブミン６８ｋｇ中のアルブミン分子数は６×１０２３個である。 ※ある分子６×１０２３個の重さは、その分子の分子量＋ｇである。 |
| ②モル濃度（mol/l ）： |
| 単位体積の溶液中に存在する物質の量で、物質の濃度を示す。 １モル濃度溶液は、１㍑中にその化合物１モル含む溶液である。 １モル濃度 ＝ １㍑の溶液中に、１モルの化合物が溶けている濃度 mol/lは、これまでＭ（ラージエム）という記号で表わしてきたが、ＳＩ単位系ではmol/lである。 |
| 解説：＜モル濃度(mol/l)って何？ モル(mol)と何が違うの？＞ |
| さあ、もう一つ。今度はモルの次に濃度が付いてます。モルの単位はmolまたはmoleでしたね。 モル濃度の単位はｍｏｌ／ｌです。モルとモル濃度、単位を見るとモル濃度は「／ｌ」が付いてる点がモルと違いますね。この「／ｌ」って一体なんでしょう？。 「／ｌ」の「／」は、前 （「Ⅰ1-3 計量器の操作」の ４－１：メスフラスコの取り扱いに慣れよう 【参考】ｇ／ｃｍ３の意味を知る上で丸暗記すること Ｂ：）に出てきましたね。 「／」は割り算のマークでしたね。そうして、「 ／ 」の前に書いてあることを「 ／ 」の後ろに書いてあることで割るということでしたね。 mol/lという単位では、mol（モル）をｌ（リットル）で割るってことですね。 ここで思い出して欲しいのは、ｌ（リットル）の前に１が付いており、この１を省略してあるということです。 さあ、とすると、この「mol/l」とは「１リットルあたり何モルか」ということですね。わからなければもう一度前の説明 （「Ⅰ1-3 計量器の操作」の ４－１：メスフラスコの取り扱いに慣れよう 【参考】ｇ／ｃｍ３の意味を知る上で丸暗記すること Ｂ：）を読み直してください。 モル濃度とモルの違いは、モルは体積に関係なく、物質の量だけを問題にしてましたが、モル濃度は，「／ｌ」が付いてますから、「１リットルあたりで何モルか」という意味になりますね。 |
| 解説：＜モルとモル濃度の実例＞ |
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さあ、少し実例を挙げてみます。 |
| 解説：＜ｍｏｌ／ｌを、以前はＭ（ラージエム）と表していました＞ |
| mol/lは、これまでＭ（ラージエム）という記号で表わしてきました。しかしＳＩ単位系になってからはmol/lで表されています。あなた方が会社や研究所に入って、モル濃度をＭと表している上司がいても、決して驚かないでください。以前は確かにモル濃度をＭで表していました。今は正式には使われなくなっただけですからね。 |
