化学的親和性

化学物理学および物理化学において、化学親和力とは、異なる化学種が化合物を形成できる電子的性質のことである。^{[1]化学親和力は、異なる組成の}原子または化合物と化学反応によって結合する原子または化合物 の傾向を指すこともある。

親和性という概念は非常に古い。その起源を突き止めようと多くの試みがなされてきた。^{[2]しかし、そうした試みのほとんどは、一般的な方法を除いて、無駄に終わっている。なぜなら、「親和性」はすべての}魔法 の基礎にあり、したがって科学よりも古いからである。^{[3]しかし、} 物理化学は、「親和性の理論」を研究し、定式化した最初の科学の分野の 1 つであった。アフィニタスという名前は、1250 年頃にドイツの哲学者アルベルトゥス マグヌスによって化学関係の意味で初めて使用された。その後、ロバート ボイル、ジョン メイヨー、ヨハン グラウバー、アイザック ニュートン、ゲオルク シュタールなどの人々が、燃焼反応中に熱がどのように発生するかを説明するために、選択的親和性に関するアイデアを提唱した。^[4]

親和性という用語は、化学、文献学などの構造的関係の議論において、1600年頃から比喩的に使用されており、「自然の魅力」への言及は1616年からあります。「化学的親和性」は、歴史的には、化学反応を引き起こす「力」を指していました。^[5]また、より一般的に、より以前は、任意の物質のペアの「結合する傾向」を指していました。歴史を通じて一般的に使用されている広い定義は、化学的親和性とは、物質が分解したり分解に抵抗したりすることであるというものです。^[2]

現代の化学的親和力という用語は、18世紀の化学講師ウィリアム・カレンが使用した18世紀の前身である「選択的親和力」または選択的引力という用語を多少改変したものである。^[6]カレンがこの語句を造語したかどうかは明らかではないが、彼の使用は他のほとんどの用語よりも古いようである。ただし、この語句はヨーロッパ中に急速に広まり、特にスウェーデンの化学者トルバーン・オロフ・ベルグマンが著書『De attractionsibus electionivis』（1775年）で使用した。親和力理論は、18世紀中頃から19世紀にかけて、ほとんどの化学者によって、物質が入り込むことができるさまざまな組み合わせと、そこから物質を取り出すことができるさまざまな組み合わせを説明および体系化するために、何らかの形で使用されていた。^{[7] [8]} アントワーヌ・ラヴォアジエは、1789年に著された有名な著書『原化学原理』の中で、ベルイマンの研究に言及し、選択的親和性や魅力の概念について論じている。

化学史家ヘンリー・レスターによれば、ギルバート・N・ルイスとマール・ランドールによる1923年の影響力のある教科書『熱力学と化学反応の自由エネルギー』により、英語圏の多くで 「親和力」という用語が「自由エネルギー」という用語に置き換えられた。

プリゴジンによれば^[9] 、この用語はテオフィル・ド・ドンデールによって導入され、発展させられた。^[10]

ヨハン・ヴォルフガング・フォン・ゲーテは、小説『選択的親和性』（1809年）でこの概念を使用しました。

親和性の概念は、表の上での物質の視覚的表現と非常に密接に関係していました。置換反応に基づいた史上初の親和性表は、1718 年にフランスの化学者エティエンヌ・フランソワ・ジョフロワによって出版されました。ジョフロワの名前は、1718 年と 1720 年にフランス科学アカデミーに初めて提示されたこれらの「親和性」表 ( tables des rapports )との関連で最もよく知られています。

18 世紀には、スウェーデンのトルバーン・ベルグマンやスコットランドのジョセフ・ブラックなどの著名な化学者が新しい化学的発見に適応させるためにこの表を改良し、多くのバージョンが提案されました。すべての表は基本的にリストであり、物質同士の作用に関する観察を照合して作成され、類似の物質がさまざまな試薬に対して示すさまざまな程度の親和性を示しています。

重要なのは、この表が学生に化学を教えるために使われる中心的なグラフィックツールであり、その視覚的な配置は他の種類の図と組み合わせて使われることが多かったことです。たとえば、ジョセフ・ブラックは、この表をキアズマ図や円図と組み合わせて、化学的親和力の中核原理を視覚化しました。^{[11]親和力表は、19世紀初頭に}クロード・ベルトレ が提唱した親和力の概念に取って代わられるまで、ヨーロッパ中で使われていました。

化学物理学および物理化学において、化学親和力とは、異なる化学種が化合物を形成できる電子的性質のことである。^{[1]化学親和力は、異なる組成の}原子または化合物と化学反応によって結合する原子または化合物 の傾向を指すこともある。

現代用語では、親和性は、特定の原子または分子が凝集または結合する傾向がある現象と関連付けられます。たとえば、1919 年の著書「Chemistry of Human Life」で、医師の George W. Carey は、「健康は血液中の適切な量のリン酸鉄 Fe ₃ (PO ₄ ) ₂に依存します。この塩の分子は酸素に対して化学的親和性があり、酸素を体全体に運ぶからです」と述べています。この古い文脈では、化学的親和性は「磁力」という用語と同義語として使用されることがあります。1925 年頃までの多くの文献では、「化学的親和性の法則」にも言及しています。

イリヤ・プリゴジンは親和性の概念を次のように要約しています。「すべての化学反応は、システムを反応の親和性が消滅する 平衡状態へと導く。」

現在のIUPACの定義では、親和性Aは、一定の圧力と温度における反応の程度ξに関するギブスの自由エネルギーGの負の偏微分であるとされています。^[12]つまり、

${\displaystyle A=-\left({\frac {\partial G}{\partial \xi }}\right)_{P,T}.}$

したがって、親和性は自発的な反応に対しては正であることがわかります。

1923 年、ベルギーの数学者で物理学者のテオフィル・ド・ドンダーは、親和力と化学反応のギブスの自由エネルギーの関係を導き出しました。一連の導出を通じて、ド・ドンダーは、化学反応の可能性のある化学種の混合物を考えると、次の関係が成り立つことが証明できることを示しました。

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

テオフィル・ド・ドンダーの著作を前例として、イリヤ・プリゴジンとデフェイは化学熱力学（1954年）の中で、化学親和力を、反応進行変数または反応程度ξが無限に増加するときの反応熱Q'の変化率として定義しました。

${\displaystyle A={\frac {{\mathrm {d} }Q'}{{\mathrm {d} }\xi }}.\,}$

この定義は、平衡システムの状態（A = 0）と非平衡システムの状態変化（A ≠ 0）の両方に影響を及ぼす要因を定量化するのに役立ちます。

• 化学
• 化学結合
• 電気陰性度
• 電子親和力
• エティエンヌ・フランソワ・ジェフロワ— ジェフロワの 1718 年の親和性テーブル
• 価
• アフィニティークロマトグラフィー
• アフィニティー電気泳動

•  この記事には、現在パブリック ドメインとなっている出版物のテキストが組み込まれています: ヒュー・チザム編 (1911)。「化学的な親和性」。ブリタニカ百科事典。第 1 巻 (第 11 版)。ケンブリッジ大学出版局。301 ページ。

• ウィリアム・ヒューウェル。「化学的親和力の概念の確立と発展」。科学思想の歴史。2:15ff。
• 化学親和力と絶対零度 - 1920 年ノーベル化学賞受賞スピーチ、ジェラルド・デ・ヘール