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3.4:

元素及び化合物の分類

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Chemistry
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JoVE Core Chemistry
Classification of Elements and Compounds

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自然界では 純粋な物質は 元素か化合物として 存在しています 基本単位に応じて 元素は原子状または 分子状に存在し 化合物は 分子状またはイオン状に 分類されます 元素は 単原子を 基本単位としています ヘリウム 金 鉄などは 安定した個々の 原子として存在する 単原子元素の例です 一方 分子性元素は 2つ以上の原子が結合して 分子を形成し 基本単位として存在します 水素原子が2つある 二原子性水素や 硫黄原子が8つある 多原子性硫黄などが 分子元素の例です 分子元素と比較して 分子性化合物は 2つ以上の非金属元素の原子 2つ以上の非金属元素の原子が 共有結合によって 価電子を共有して 結合することで形成されます この結合により系全体の ポテンシャルエネルギーが低下し 安定な分子が形成されます したがって 分子化合物の基本単位は 構成原子からなる個別の分子です エタノールは 炭素原子2個 水素原子6個 酸素原子1個からなる エタノール分子の 基本単位を含む 分子化合物です イオン性化合物は 金属元素の原子が1つ以上の 非金属元素の原子と 結合して形成されます 金属原子は容易に 価電子を失って 正に帯電した陽イオンを形成し 非金属原子は電子を獲得して 負に帯電した 陰イオンを形成します 反対に帯電したイオン間には 強い静電吸引力または イオン結合が形成され それによってシステムの 総エネルギーを低下させ 安定で秩序のある 三次元のイオン格子構造の 形成を促進します イオン性化合物の電気的に 中性な基本単位を 形成するイオンの最小配列を 式単位と呼びます 食卓塩は ナトリウムイオンと 塩化物イオンが 交互に三次元配列した 式単位NaClを有する イオン性化合物である しかし 多くのイオン性化合物は ナトリウムや塩化物のように 単数ではなく 正味の負または正の電荷を持つ 複数の共有結合原子イオンで 構成されています これを多原子イオンと呼びます 例えば 酢酸ナトリウムは 正に帯電したナトリウムイオンと マイナス電荷を持つ多原子の 酢酸イオンで構成されています

3.4:

元素及び化合物の分類

純粋な物質は、 1 種類の物質のみで構成されます。 純粋な物質には、元素であったり化合物であったりします。 元素は 1 種類の原子だけで構成され、化合物は化学結合によって結合された 2 種類以上の原子で構成されます。 元素は、その基本単位の性質に基づいて原子または分子に分類されます。

化合物とは、2 つ以上の元素が一定の比率で構成される純粋な物質です。 化合物は、その中に存在する結合に基づいてイオン性または分子性(共有結合)に分類されます。

分子化合物

2 つ以上の異なる非金属原子が電子を共有して共有結合を形成すると、分子化合物(または共有結合化合物)が生成されます。 分子化合物の基本単位は、異なる構成原子から構成される離散的な中性分子です。 例えば、分子化合物の一酸化炭素は、炭素と酸素原子を共有結合した CO 分子で構成されています。 同様に、メタノールには CH3OH 分子が基本単位として含まれ、炭素原子 1 個、酸素原子 1 個、水素原子 4 個を構成し、これらすべてが共有結合されています。  

分子化合物はその物性に基づいて同定できます。 通常の条件下では、分子化合物はガス、低沸点液体、低融点固体として存在するが、例外があります。  

イオン性化合物

電子をすぐに失う原子 ( 金属 ) で構成された元素が、電子をすぐに獲得できる原子 ( 非金属 ) で構成された元素と反応すると、通常は電子が移動してイオンが生成されます。 この移動で形成される化合物は、化合物中の逆電荷のイオン間の静電引力(イオン結合)によって安定しています。 たとえば、ナトリウム金属(グループ 1 )の試料中の各ナトリウム原子が 1 つの電子を生成してナトリウム陽イオン、 Na+ 、 また、塩素ガス試料中の各塩素原子( 17 基)は、 1 つの電子を受け入れて塩化物陰イオン、 Clを形成します。その結果生成される化合物である NaCl は、各 Cl イオンに対して 1 つの Na+ イオンの比率でナトリウムイオンと塩化物イオンで構成されます。  

イオンを含み、イオン結合で結合している化合物をイオン化合物と呼びます。 イオン化合物は、通常は高温で溶ける固体であり、さらに高温で沸騰します。 固体の場合、イオン化合物はイオンが流れないため導電性ではありません。 ただし、溶融した場合は、イオンが液体内を自由に移動できるため、電気を通すことができます。  

すべてのイオン化合物において、陽イオンの正電荷の合計数は陰イオンの負電荷の合計数と等しくなります。 したがって、イオン化合物は、正イオンと負イオンを含む場合でも、電気的には全体的に中性です。  

多くのイオン化合物には、陽イオン、陰イオン、またはその両方として多原子イオンが含まれています。 単純なイオン化合物と同様に、これらの化合物も電気的に中性である必要があります。そのため、多原子イオンを離散的な単位として扱うことで、その組成を予測できます。 数式内で括弧を使用して、単位として動作する原子のグループを示します。 たとえば、骨の鉱物の 1 つであるリン酸カルシウムの公式は Ca3(PO4)2です。 この式は、 2 つのリン酸 (PO4)3−基ごとに 3 つのカルシウムイオン(Ca2+) が存在することを示しています。(PO4)3−のグループは、それぞれ 1 つのリン原子と 4 つの酸素原子で構成され、合計 3 −の電荷を持つ離散的な単位です。 化合物は電気的に中性で、その式は 3 つの Ca 、 2 つの P 、 8 つの O 原子の合計数を示します。

本文は 、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 2.6 : Molecular and Ionic Compounds から引用しています。