親核種よりも原子番号が1つ小さい娘核種を生成する放射壊変はどれか。1つ選べ。

1. α壊変
2. β^–壊変
3. β⁺壊変
4. γ転移(核異性体転移)
5. 自発核分裂

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
α 壊変は、「α線」（＝ヘリウム原子核＝陽子２個＋中性子２個）を放出するような放射壊変のことです。娘核種の原子番号は 2 つ小さくなります。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 ですが
β^－壊変は、電子（e^－）を放出するような放射壊変のことです。この結果、中性子１個が陽子１個に変換されます。娘核種の原子番号は１つ「大きく」なります。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 は、妥当な記述です。
β⁺ 壊変 → 陽電子（e⁺）を放出するような放射壊変のことです。この結果、陽子１個が中性子１個に変換されます。

選択肢 4 ですが
γ 転移 は、高エネルギー状態から、γ 線を放出して 安定な原子へと状態が変化することです。原子番号に変化はありません。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが、自発核分裂とは、質量数が極めて大きい同位体に見られる、自発的核分裂です。核分裂の例としては「質量数 235 のウラン → 95 のイットリウム＋139 のヨウ素」などです。 

以上より、正解は 3 です。

類題） 102-3
参考）物理化学まとめ １－４　１）原子の構造、放射壊変

濃度未知の水酸化ナトリウム水溶液を、0.01mol/L塩酸標準液(ファクターf=1.020)を用いて滴定したところ、滴定終点までに6.10mLを要した。この水酸化ナトリウム水溶液中の水酸化ナトリウムの量(μmol)として適切なのはどれか。1つ選べ。

1. 59.80
2. 59.8
3. 61.00
4. 62.2
5. 62.22

　解 説　　　　　

基礎知識として、 「m」 は 10^-3、「μ」 は 10^-6 です。ファクターが 1.020 なので、塩酸標準液中に塩酸は 1L で 1.020 × 10^-2 mol 含まれます。標準液 6.10 mL = 6.10 × 10^-3 L 要したとあるので、塩酸標準液 6.10 mL 中に塩酸は (1.020 × 10^-2) × (6.10 × 10^-3) = 6.22 × 10^-5 mol です。※有効数字 4 桁 × 3 桁 なので、計算結果は 3 桁に合わせています。

塩酸と 水酸化ナトリウムは 1:1 で反応するので、濃度未知の水酸化ナトリウム水溶液中の、水酸化ナトリウムの量も 6.22 × 10^-5 mol です。 6.22 × 10^-5 mol = 62.2 × 10^-6 mol = 62.2 μmol です。

以上より、正解は 4 です。

図は水の状態を示したものである。点Tにおけるギブスの相律の自由度(F)の値として、正しいのはどれか。1つ選べ。

1. 0
2. 1
3. 2
4. 3
5. 4

　解 説　　　　　

自由度は F ＝ C ー P＋２です。これは基礎知識です。C は成分数なので、本問では 水のみなので 1 です。P は相の数です。点 T は、三重点を示していると考えられます。すなわち、相の数は 3 です。従って、F = 1 ー 3 + 2 = 0 となります。

以上より、正解は 1 です。

強酸性陽イオン交換樹脂に最も強く結合するイオンはどれか。1つ選べ。

1. 塩化物イオン
2. カルシウムイオン
3. グリシン(双性イオン)
4. 硫酸イオン
5. ナトリウムイオン

　解 説　　　　　

陽イオン交換樹脂とは、陽イオンを交換するような樹脂です。つまり樹脂側には負電荷が並んでおり、流す溶液に含まれる陽イオンが樹脂にくっつきます。樹脂により強く結合するのは、価数が大きいイオンです。

選択肢 1,4 ですが
塩化物イオンは Cl^– 、硫酸イオンは SO₄ ^2- です。陰イオンなので、樹脂にそもそも結合しないと考えられます。よって誤りです。

選択肢 2 は妥当なイオンと考えられます。
Ca²⁺ は、選択肢の中で唯一価数が 2 の陽イオンです。

選択肢 3 ですが
グリシン（双性イオン）とあるので、これはアミノ基に正電荷、カルボキシル基に負電荷を帯び、全体としては中性の分子です。Ca²⁺ よりも強く結合するとは考えられません。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 5 ですが
Na⁺ は、価数が１の陽イオンです。Ca²⁺ の方が価数が大きいため、最も強く結合するとは考えられません。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 2 です。

参考）分析化学まとめ　イオン交換
類題）９８－４

反射波を利用する画像診断法はどれか。1つ選べ。

1. X線CT
2. MRI
3. 超音波診断法
4. 陽電子放射断層撮影法(PET)
5. 単一光子放射断層撮影法(SPECT)

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
CT はComputed Tomography（コンピュータ断層撮影法） の略です。「X 線」を用いて、輪切り画像を撮影します。「反射波」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
MRI は magnetic resonance imaging（磁気共鳴映像法）の略です。 「特定の周波数のラジオ波」を照射することにより、核スピンの向きをいったん強制的に揃えた後、照射を止めた時に定常状態に戻るまでの過程（緩和現象）を測定することにより画像化するというものです。「反射波」ではありません。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 は妥当な記述です。
超音波診断法は、エコー検査とも呼ばれます。エコー＝反射波　のことです。

選択肢 4 ですが
PET はpositron emission tomography（ポジトロン断層法）の略です。放射能を含む薬剤を用いる、核医学検査の一種です。放射性薬剤を体内に投与し、特殊なカメラでとらえて画像化します。「反射波」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
SPECT は Single Photon Emission Computed Tomography（単一光子放射断層撮影）の略です。体内に投与した放射性同位体から放出される「ガンマ線を検出」し、その分布を断層画像にします。「反射波」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 3 です。

炭素原子の最外殻に収容されている電子数が7である反応中間体はどれか。1つ選べ。

　解 説　　　　　

C の最外殻電子が 4 個、H の最外殻電子が 1 個です。

選択肢 1 ですが
CH₃ で電子 7 個です。それに「ー」がついているから、更に電子が１個あるという状態です。最外殻電子は「８」個です。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 ですが
CH₃ で電子 7 個です。それに「＋」がついているから、電子が１個不足しているという状態です。つまり、最外殻電子は「６」個です。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 は妥当です。
炭素の最外殻電子４個のうち、１個だけ共有電子対を作っていない電子が「・」によって表現されています。

選択肢 4 ですが
CH₂ なので電子「６」個です。炭素の最外殻電子４個のうち、２個共有電子対を作っていない電子があります。これが非共有電子対を形成していることを「：」が表現しています。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
CH₂ なので電子「６」個です。炭素の最外殻電子４個のうち、２個共有電子対を作っていない電子があります。これがそれぞれ「・」で表現されています。スピンが並行である２つの電子が別の軌道に１つずつ存在するということが「三重項状態」という記述の内容です。

以上より、正解は 3 です。

最も塩基性が強い化合物はどれか。1つ選べ。

　解 説　　　　　

塩基というのは、相手に電子対を供与することができる物質のことです（ルイスの定義）。選択肢の化合物はいずれも非共有電子対をもつN原子があるので、一見、塩基性を示しそうです。

しかし、実際にはその非共有電子対が化合物の中で非局在化している（N原子のそばに局在化していない）ものもあり、それらは塩基性を示しません。

具体的には、(2)のアセトアミドと(4)のインドールは以下のような共鳴構造式が描けるので、非共有電子対が非局在化していて、塩基としての役割を果たせなくなります（インドールは共鳴構造がたくさん描けるので、一部抜粋）。

(2) アセトアミド

(4) インドール

一方、残る(1)のグアニジン、(3)のエチルアミン、(5)のピリミジンはいずれも塩基性を示します。

塩基として相手に電子対を供与した物質は共役酸に変わりますが、この共役酸が安定であればあるほど、元々の塩基は電子対を供与しやすいということになります。それはつまり、塩基性が強いということです。

よって、(1)、(3)、(5)はどれも塩基性を示しますが、以下の図を参照するとわかるように(1)の共役酸だけが安定した共鳴構造を複数持つので、これが最も安定した共役酸であるといえます。

(1) グアニジン

(3) エチルアミン

(5) ピリミジン

以上から、正解は(1)のグアニジンであると判断することができます。

ブタンの C2 – C3 結合を回転させた際に生じる立体配座のうち、最も安定なのはどれか。1つ選べ。

　解 説　　　　　

１位と４位のメチル基（つまり両端のメチル基）がアンチの位置にある時、最も安定です。

従って、正解は 1 です。

参考）有機化学まとめ　エタン・ブタンの立体配座と安定性

ヒスタミンに含まれる複素環はどれか。1つ選べ。

　解 説　　　　　

選択肢 1 はピリダジンです。

選択肢 2 はピリミジンです。

選択肢 3 はピラジンです。

選択肢 4 はピラゾールです。

選択肢 5 はイミダゾールです。ヒスタミンは、ヒスチジンから脱炭酸して合成されます。ヒスチジンが含有するのはイミダゾール環です。

以上より、正解は 5 です。

ショウガの根茎に含まれる辛味成分はどれか。1つ選べ。

1. カプサイシン
2. [6]-ギンゲロール
3. α-サンショオール
4. シンナムアルデヒド
5. ピペリン

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
カプサイシンは「トウガラシ」の辛味成分です。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は妥当な記述です。
ショウガ→ジンジャー→ギンガー→ギンゲロール　といった連想で判断できるとよいです。

選択肢 3 ですが
サンショオールは「サンショウ」の辛味成分です。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 ですが
シンナムアルデヒドは「ケイヒ（シナモン）」の香り成分です。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
ピペリンは「ブラックペッパー」の辛味成分です。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 2 です。