分子間相互作用に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 酸素原子の電気陰性度は硫黄原子より大きいため、分子間に働く水素結合はH₂Oの方がH₂Sよりも強い。
2. 静電的相互作用によるポテンシャルエネルギーは、距離の2乗に反比例する。
3. 分散力は、ロンドン力とも呼ばれ、そのポテンシャルエネルギーは距離の4乗に反比例する。
4. ファンデルワールス相互作用は、分子間の距離により引力として働く場合と斥力として働く場合がある。
5. 疎水性相互作用はファンデルワールス相互作用により説明される。

　解 説　　　　　

選択肢 1 は、正しい選択肢です。

選択肢 2 ですが
静電的相互作用（クーロン相互作用）によるポテンシャルエネルギーは、距離に反比例します。距離の 2 乗に反比例するわけでは、ありません。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 ですが
ロンドン力によるポテンシャルエネルギーは、距離の 6 乗に反比例します。距離の 4 乗に反比例するわけでは、ありません。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は、正しい選択肢です。

選択肢 5 ですが
疎水性相互作用は、周囲の水の水素結合ネットワークへの影響を小さくするようにしている、と説明されます。ファンデルワールス相互作用で説明されるわけではありません。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 1,4 です。

参考）物理化学まとめ　分子間相互作用

下の図は、マクスウェル・ボルツマン分布則に基づいた、温度の異なる、ある理想気体の運動の速さ分布である。図中の曲線Aは温度T₁=150Kの場合、曲線Bは温度T₂の場合を示す。気体の運動に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。ただし、図中の分子運動は並進運動のみを表しているものとする。

1. T₂は、約300Kである。
2. 各曲線における最大確率速度(頂点における速度)は、それぞれの平均の速さより小さい。
3. 分子量が2倍、温度T₁の理想気体における分布曲線は、曲線Aと比べて、右側にシフトし広がる。
4. 温度が高くなれば、速さ分布は広がる。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
最大確率速度（最確速度）は、温度 T の平方根に比例します。つまり、最確速度が 2 倍になる時温度は 4 倍です。T₁ が 150 ℃なので、T₂ は、600 ℃になります。300 ℃では、ありません。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は、その通りの記述です。

選択肢 3 ですが
分子量が大きくなると、分布曲線は左にシフトし、シャープになります。イメージとしては、同じ温度であっても軽いものなら、激しく動くこともあるけれど重たいものだと、みんなほとんど動かないということです。

また別のたとえとして、温度が低い→素人の微妙なコントが放送されている。温度が高い→名人のとてもおもしろいコントが放送されている。分子量が小さい→お笑いをほとんど知らない集団が聞いている。分子量が大きい→お笑い通の集団が聞いている。ある分子の速度→コントを聞いて、うけた度合い　とします。

するとこの時、温度が低い＝微妙なコント　でも、まだお笑いを知らない集団の中にはめちゃくちゃうける人も、案外いる。（速度が大きい分子も、案外いる。）しかしお笑い通の集団では、まぁうけない。（分布が左による。）微妙なコントでめちゃくちゃうける人なんてめったにいない。（分布に広がりはなくなる。シャープになる。）というイメージです。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は、その通りの記述です。

以上より、正解は 2,4 です。

次の文章の[　　]に入る数値及び記号の正しい組合せはどれか。1つ選べ。

理想溶液がその気相と平衡にある場合、各成分の蒸気圧は溶液中のモル分率に比例する。成分XとYから成る液体を理想溶液とみなすとき、成分Xのモル分率0.5の溶液と平衡にある蒸気の成分Xのモル分率は[　①　]となる。

ただし、成分XとYの蒸気圧をそれぞれ500hPa、1000hPaとする。また、成分X、Yが理想溶液とみなせず、XとYの分子間相互作用が同種分子間の相互作用よりも弱い場合の圧力は[　②　]のようなグラフになる。

•  ①　　  ②

1. 0.67　　A
2. 0.67　　B
3. 0.67　　C
4. 0.50　　A
5. 0.50　　B
6. 0.50　　C
7. 0.33　　A
8. 0.33　　B
9. 0.33　　C

　解 説　　　　　

成分 X の蒸気圧（Px）、及び　成分 Y の蒸気圧（Py）　は、ラウールの法則より、Px ： 500 ✕ 0.5 = 250、Py ： 1000 ✕ 0.5 = 500　です。よって、全圧は 250 + 500 = 750 です。全圧が 750 で、そのうち 250 が成分 X の分圧ですので、ドルトンの法則より、250 / 750 ≒ 0.33 が、X のモル分率です。（① についての解説）

次に、X と Y の分子間相互作用が「同種分子間の相互作用よりも弱い場合」について考えます。まず、同種分子であれば、分子間力により「緩やかに引かれ合う」と考えられます。各分子に注目すれば、分子の運動が分子間力により制限されるイメージです。これよりも相互作用が弱いのであれば、より自由に各分子が動き回ると考えられます。

より自由に X,Y 各分子が動き回る場合、分子は「より早く動き回る」といえます。つまり、圧力が大きくなると考えられます。グラフでいうと　上に凸　となると考えられます。従って、② は A です。（②についての解説）

以上より、正解は 7 です。

タンパク質の構造に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 円二色性スペクトル法により、タンパク質の一次構造を決定することができる。
2. αヘリックスやβシートは、タンパク質中に見られる二次構造である。
3. 基質が酵素分子に結合する際に生じる誘導適合(induced fit)とは、酵素分子を堅固な剛体として仮定したときに生じる変化をいう。
4. 酵素の等電点とは、その酵素の至適pHのことである。
5. ヘモグロビンと酸素との結合は、協同性を示し、この協同現象は、ヘモグロビンの四次構造変化により説明される。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
円二色性スペクトル法でわかるのは、タンパク質の二次構造です。一次構造が決定できるわけでは、ありません。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は、その通りの記述です。

選択肢 3 ですが
誘導適合とは、基質に合わせて酵素分子が形を変えることです。一方、堅固な剛体と仮定するとは形が変わらないと仮定する、ということです。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 ですが
等電点とは、正の荷電と負の荷電が等しくなる pH のことです。酵素の性質としては水などの溶媒に可溶化しにくくなる pH といえます。いいかえると、沈殿しやすくなります。沈殿しやすい pH かどうか、と　酵素の働きが至適となる pH であるかどうかは同一ではありません。従って等電点が 酵素の至適 pH であるということはできません。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 は、その通りの記述です。

以上より、正解は 2,5 です。

NAD^＋及びCH₃CHOの還元反応及び標準電位を以下に示した。

pH7、25℃における、NAD^＋/NADH及びCH₃CHO/CH₃CH₂OHからなる化学電池が放電するときの標準ギブズエネルギー変化(kJ・mol^－1)の値に最も近いのはどれか。1つ選べ。ただし、ファラデー定数F=9.65×10⁴C・mol^－1とする。

1. －49.9
2. －23.7
3. －11.9
4. 11.9
5. 23.7

　解 説　　　　　

電位差は、約 0.12 です。公式であるΔG = -nFE に数値を代入して計算します。※ n は、電子の係数を揃えた時の係数です。本問では、もともと係数が揃っているため、２ をそのまま代入します。また、選択肢からそれほど厳密な計算が必要ないので F = 10 ✕ 10⁴ で近似します。標準電極電位の差が起電力 E です。E = 0.12 を代入します。

– 2 ✕ （10 ✕ 10⁴ ）✕ 0.12≒-24000 です。標準ギブズエネルギ一変化の単位が kJ・mol^-1 となっているため k を用いると、-24000 = -24k となります。一番近い値は -23.7 です。

以上より、正解は 2 です。

参考）物理化学まとめ　起電力と標準自由エネルギー変化の関係

紫外可視吸光度測定法に関する次の記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

ただし、図のように測定に用いた単色光の入射光の強さをI₀、透過光の強さをIとする。

1. 透過度tはt=I/I₀で表される。
2. 透過度tと吸光度Aの間には、A=2－logtの関係がある。
3. 層長を2倍にすると、透過度tは2倍になる。
4. 試料溶液が十分に希薄な場合、濃度を2倍にすると吸光度Aは2倍になる。
5. 吸光度の単位はcd(カンデラ)である。

　解 説　　　　　

選択肢 1 は、その通りの記述です。
「透過度」　と　「吸光度」　を　区別することが重要です。ちなみに、吸光度の定義は、透過度の逆数の、常用対数をとったもの　です。

選択肢 2 ですが
透過度と吸光度の間には

という関係が成り立ちます。A = 2 － log t　は、成り立ちません。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 ですが
層長を 2 倍にしたら 2 倍になるのは吸光度です。透過度では、ありません。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は、その通りの記述です。

選択肢 5 ですが
吸光度の単位はありません。よって、選択肢 5 は誤りです。ちなみに cd は、光度の単位です。

以上より、正解は 1,4 です。

誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法及び原子吸光光度法に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. ICP発光分光分析法では、試料原子が基底状態から励起状態に遷移する際の発光を観測する。
2. ICP発光分光分析法では、高周波誘導結合法により得られたアルゴンプラズマ中に試料を導入する。
3. 原子吸光光度法の光源には、中空陰極ランプが用いられる。
4. 原子吸光光度法で測定する原子スペクトルは、連続スペクトルである。
5. 原子吸光光度法において、銀イオンは冷蒸気方式により原子化される。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
観測する発光は、励起状態から基底状態に戻る時の発光です。基底状態から、励起状態に遷移する際ではありません。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2,3 は、正しい選択肢です。

選択肢 4 ですが
原子吸光光度法では、測定するスペクトルは線スペクトルです。連続スペクトルでは、ありません。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
冷蒸気方式により原子化されるのは、水銀イオンです。銀イオンでは、ありません。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 2,3 です。

キャピラリー電気泳動に関する次の記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 中性の電解質溶液を満たしたフューズドシリカ製キャピラリーの内壁は、シラノール基の解離により正電荷を帯びる。
2. フューズドシリカ製キャピラリーと中性の緩衝液を用いて電気泳動を行うと、陰イオン性物質は中性物質よりも速く泳動される。
3. ミセル動電クロマトグラフィーでは、泳動液にイオン性界面活性剤を添加することで、中性物質の分離が達成される。
4. キャピラリーゾーン電気泳動では、泳動液のpHが高いほど、中性試料成分の泳動速度が遅くなる。
5. キャピラリーゲル電気泳動でDNAを分離すると、サイズの小さなものから順に検出される。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
シラノール基（Si－OH）が　解離して Si－O^ー　となるため「負電荷」を帯びます。正電荷では、ありません。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 ですが
キャピラリー電気泳動では、陽極から陰極への流れが生じます。そのため、陽イオン性物質が中性物質よりも速く泳動されます。陰イオン性物質は中性物質よりも遅く泳動されます。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 は、正しい選択肢です。
キャピラリー電気泳動で、分離の難しい複数の中性物質の分離を可能にするのが、ミセル動電クロマトグラフィーです。

選択肢 4 ですが
泳動液の pH が高いと、シラノール基がより解離します。解離した負電荷に引きつけられた溶液中の陽イオンが、電圧をかけることで一気に陰極へ流れることで溶液全体が陰極へと流れるというのが電気浸透流の実体です。つまり、pH が高いほど解離した負電荷が多い → 引きつけられる陽イオンも多い → 電圧をかけた時の流れは速くなるといえます。

そして、中性物質の移動速度は電気浸透流の流速とほぼ等しいと考えられるため、泳動速度は速くなります。遅くはなりません。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 は、正しい選択肢です。

以上より、正解は 3,5 です。

液体クロマトグラフィーを用いた鏡像異性体の分離法には、キラル固定相法、キラル移動相法、ジアステレオマー誘導体化法がある。各法に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. キラル移動相法では、分析対象物に対する対掌体を移動相溶液に添加してエナンチオマー分離を行う。
2. ジアステレオマー誘導体化法は、誘導体化により通常の分配クロマトグラフィーで分離することを目的とする。
3. あるラセミ混合物を分離したとき、異性体間のピークの分離度(R_S)は1.2であった。このとき、2つのピークは完全分離しているといえる。
4. キラルカラムに固定化される光学活性な高分子として、多糖類誘導体やタンパク質が広く用いられている。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
キラル移動相法とは、移動相中に光学活性な化合物（キラルセレクター）を添加し、固定相に吸着させ分析対象物との相互作用を介しエナンチオマーの分離を行う方法です。加えるのは、キラルセレクターです。（多糖誘導体など、様々なセレクターが開発されています。）分析対象物に対する対掌体を加えるわけではありません。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は、正しい選択肢です。

選択肢 3 ですが
ピークが完全分離している　とは、分離度が 1.5 以上を意味する　と日本薬局方で定義されています。1.2 では、完全分離とはいえません。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は、正しい選択肢です。

以上より、正解は 2,4 です。

水酸基を有する医薬品Xのデータは以下の通りである。次の記述のうち正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 医薬品Xの300nmにおける比吸光度は1,000である。
2. 医薬品Xの1.0×10^－6mol/L溶液の旋光度を層長100mmのセルを用いて測定すると－3.0°～－3.3°となる。
3. 医薬品Xの赤外吸収スペクトルにおいて、水酸基の伸縮振動スペクトルの波数は、測定溶媒との水素結合形成により減少する。
4. 医薬品Xの結晶を作成しX線(波長1.54Å(0.154nm))を照射した。このとき、回折角2θが60°の回折点由来の面間隔は0.89Åである。ただし、√3=1.73とする。

　解 説　　　　　

選択肢 1 は、正しい選択肢です。
比吸光度は、100mL に、1g を溶かした時の吸光度です。一方、モル吸光係数は、1mol/L の時の吸光度です。1mol = 200g なので、200g/L の時の吸光度が、20,000 です。

比吸光度との比較を簡単にするために、モル吸光係数における「 /L 」 の部分を、「 /100mL 」 にしてみると、200g/L = 20g/100mL です。この時の吸光度が 20,000 です。すると 1g/100mL の時の吸光度は、溶けている物質が1/20 なので、吸光度も1/20 です。つまり、20000 × 1/20 = 1,000 となります。

選択肢 2 は旋光度が問われていますが、問題文で比旋光度が与えられているため、比旋光度と旋光度をつなぐ、以下の式を使います。

[α]：比旋光度、α：旋光度（実測）[°]、l：試料セルの長さ[mm]、c：溶液の濃度[g/mL]

上式に適当な値を代入してαについて解けばよいのですが、単位に気をつけながら計算してください。c については、分子量 200、濃度 1.0 × 10^-6 [mol/L] より、次のように計算できます。

よって、旋光度は以下の2つの式より

となるので、旋光度は－3.0° ～－3.3° ではありません。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 は、正しい選択肢です。
測定溶媒との水素結合 → 自由に振動していたものに水素結合というしばりがつくようなイメージなので、振動が弱くなる → 振動のエネルギーが低くなる → 吸収する赤外線の持つエネルギーも、低くなる → 波数（/cm）で言うと、低くなる。　という流れです。

選択肢 4 ですが
ブラッグの式 2d sin θ = n λ より、d = n λ / 2 sin θ　です。θ = 30 °　なので、sin θ = 1/2 です。よって、 d = n × (1.54Å) となります。※ n は、整数。従って、0.89Å　では、ありません。よって、選択肢 4 は誤りです。

以上より、正解は 1,3 です。