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物質:化合物と単体、純物質との関係性は?

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高校生の化学編(本来の姿編)始めます。前回は物質は純物質と混合物に分けられ、混合物は純物質をふたつ以上混ぜたものであると説明しました。今回は純物質を更に細かく見ていきます。

純物質は単体と化合物に分けられる。

これまでは物質という概念だけを見てきたので、もう少し細かく見ていこうと思います。

酸素といえばO2、水といえばH2Oといった化学式で表すことができます。もし、化学式を見るのが初めての場合は、こういうものだと思って進んでほしいです。化学式は構成している原子の割合や数を表すもので、例えば酸素O2といえば、酸素Oが2個で1セットであるということを表しています。水であれば水素Hが2個、酸素Oが1個の組み合わせで構成されている。この組み合わせは無限大でありますが、物質の構成を正しく表現できる記号として便利であるため化学では標準的に用いられています。

ここで、少し腑に落ちない問題があります。純物質はまじりっけのない純粋な物質であると言うことをここで述べています。純物質の水は水素と酸素によって構成されているではないか?それをどう説明する?という疑問です。

化合物

化合物は複数の元素(例えば酸素や水素)が集まって化学的に結合した物質のことをさします。実はこのときHとOはかんたんに引き離すことができません。超超強力磁石でくっついてるようなもので、それを力技で引き剥がすには多くのエネルギーが必要となります。このように用意に分けることのできないものを、物質の世界では最小の単位を化合物と呼びます。水の他には炭酸の成分であるCO2や鉄を溶かす塩酸HClなどがあります。

化合物が最小単位であることがわかったら、もう一度純物質について考えておきましょう。純物質はまじりっ気のない純粋な物質の集まりでした。すなわち、水であれば水という化合物が100%で存在し、他の物質が入っていないこと表します。塩であればNaClという化合物ですが、これも同じく、純物質であればNaClという化合物だけで構成された物質です。

単体

化合物の親戚で単体という言葉があります。これは化合物は複数の元素の集まりだったのに対して、単体は単一の元素の集まりのことになります。例えば、酸素はO2、窒素はN2といった感じです。金属であれば、リチウムLiや鉄Feなどがあります。

物質の世界を整理しよう

前回と今回で物質について細かく見てきました。図に表すとこのようになります。

教科書にない

実用上、単体という言葉はあまり利用されません。化合物という名称はたまに利用されますが、やはり大きな区分でしかないため頻度としては少ないというのが現状です。それ以上に利用されるのはそのものをズバリと示す化学式とそれにまつわる名称です。化学物質は基本的には化学名で呼ばれ、よく利用されるものは水のように一酸化二水素とは呼ばず水(Water)などと呼ばれます。

使わないから覚えないというわけではなく、こういう分類方法があるということを頭に入れておくと良いでしょう。

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