物理・化学の基礎３
こんにちは、あさとです。
今日も危険物の勉強をしていきましょう。
今日は、物質の成り立ち、物質の変化、原子の構造というテーマでお話しします。
化学の基礎的なところなので、しっかりと抑えてほしいと思います。
それではスタートします。
まず元素についてです。
元素は物質を構成している基本的な成分のことです。
元素は全部で100個以上あります。
例としては、水素、炭素、酸素、窒素、鉄、と聞いたことがありますよね。
これらの元素を簡単な記号で表したものを元素記号と言います。
先ほどの例で言えば、水素はH炭素はC酸素はO窒素はN鉄はFeと書きます。
この例で挙げた元素記号は覚えておくと良いと思います。
次に原子と分子についてお話しします。
１種類の物質をどんどん細かくしていくと、最後にはそれ以上細かくならない微粒子になります。
この微粒子を原子と言います。原子は物質を構成する最小単位です。
そして、この原子が集まってできたものを分子と言います。
例えば水の分子は原子の水素２個と酸素１個が集まってできています。
また空気中にある酸素は酸素原子が２つ集まって酸素分子という形で存在しています。
分子はよく分子式で表されます。分子式とは、元素記号と数字を組み合わせたものです。
水は水素原子２つと酸素原子１つが集まってできたものです。
水素の元素記号はHで酸素の元素記号はOなので、水はH2Oと表されます。
酸素分子は酸素原子が２つ集まってできたものなので、0２と表されます。
ほかにも二酸化炭素は炭素原子１つと酸素原子が２つ集まってできるので、CO2と呼ばれます。
こういう呼びかたを聞いたことがある人もいると思います。
さて次に物質の種類についてお話しします。
ここは重要です。
先ほど、水はH2O、酸素は0２という風に物質を化学式で表しました。
酸素のO2などのように１種類の元素だけでできた物質を単体と呼びます。
ほかには、鉄などがFeと表されるので単体になります。
そして水のH2Oなどのように、２種類以上の元素が化学的に結合してできた物質のことを化合物と言います。
CO2と表記される二酸化炭素も２種類の元素が化学的に結合しているので、化合物です。
単体と化合物のことをまとめて、純物質と言います。
次に、この純物質が混じり合った物質を混合物と呼びます。
例えば空気は混合物です。
空気は窒素と酸素と二酸化炭素など様々な純物質が混ざってできています。
一言で物質といっても、様々な種類分けができるということを覚えておいてください。
構成元素が同じで、原子の結合の仕方が違うために化学的な性質が異なる単体の物質を同素体と言います。
例としては酸素とオゾンがあります。空気中にある酸素0２とオゾン層で有名なオゾン0３はどちらも原子として酸素原子0を持っていますが、原子の結合の仕方が違うので性質が大きく違います。
ほかにも、ダイヤモンドと黒鉛もそうです。
ダイヤモンドも鉛筆の芯に用いられている黒鉛もどちらも炭素原子からできています。
でも、炭素原子同士の繋がりかたが違うので、全く違う性質を持っています。値段も全く違いますよね。
ほかには黄リンと赤リンがあります。
また、分子式は同じで化学構造が違うために化学的性質が音なる化合物を異性体と言います。
例えばエタノールとジメチルエーテルはどちらも分子式で表すとC2H6Oと書くことができます。
しかし化学構造が違うんですね。
同素体と異性体の違いは元素１つか２つ以上かというところです。
同素体は元素一つしか使われていません。例えばダイヤモンドも黒鉛も炭素だけしか持っていませんよね。
でも、エタノールとジメチルエーテルはどちらもC2H6Oと書くことができるので、炭素と水素と酸素を使っているのです。
使っている元素の数で見分けるのがオススメです。
次に、物質の変化についてです。
変化は大きく二つに分けられます。
一つは物理変化でもう一つは化学変化です。
物理変化は物質がぶつの物質に変わるのではなく、状態や形状が変化することです。
例としては水が氷になったり、ドライアイスから二酸化炭素になったり、炭酸ナトリウムの決勝がボロボロに崩れたりすることです。
これに対して化学変化はある物質が別の物質に変化することです。
例えば水は水素と酸素からできるので、水素と酸素が水に変わるというのは化学変化というわけです。
この化学変化には大きく４種類あります。
まず化合。これは２種類以上の物質から化合物ができる化学変化です。
例としては炭素と酸素から二酸化炭素ができるような反応です。
次に分解。これは化合物を２種類以上の構成要素に分ける化学変化のことです。
例としては水を水素と酸素に分ける反応があります。
次に置換。これはある化合物に含まれている成分が別の成分に置き換わる化学変化のことです。
例としては、亜鉛と硫酸が硫化亜鉛と水素になるといったような反応が挙げられます。
最後に複分解。これは２種類以上の化合物が違いの成分を交換して、それぞれ別の化合物に変化する化学変化です。
例としては、食塩と硫酸を混ぜると、硫酸ナトリウムと塩化水素になるという反応があります。
こういうそもそもの物質の化学構造が変わるものを化学変化と呼びます。
この動画の最後に原子の構造についてお話ししていきます。
原子は、中心にある原子核とその周りを回っている電子で構成されています。
原子核にある陽子の数でなんの物質になるかが決まっています。
例えば陽子の数が１個なら水素ですし、陽子の数が８個あれば酸素になります。
普通は原子がある時に陽子と電子の数は一緒です。
水素なら陽子が１つ電子が１つあるのです。酸素なら陽子が８個、電子が８個あります。
陽子は別名プラスイオンとも言われ、プラスの性質を持っており、電子は別名マイナスイオンとも言われ、マイナスの性質を持っています。
陽子と電子が同じ数あるということはプラスとマイナスが同じ数だけあるということなので、電気的に中性なのです。
しかし、原子から電子が取れたり、逆に電子がくっついたりすることがあります。
その状態のものをイオンと呼びます。
例えば水素原子から電子が取れると、陽子が１つ電子が０個となります。なのでプラス１マイナス０となり全体としてプラス１なんですね。
だから水素原子から電子が一つとれた状態をHプラスと書いて、水素イオンと呼びます。
逆に電子がつくパターンもあります。
例えば塩素です。
塩素に電子がつくと、塩素の陽子よりも電子が一つ多いので、全体として一つマイナスになります。
塩素の元素記号はClなので、電子が一つ多い塩素はClマイナスと書き、塩化物イオンと呼ばれます。
塩化イオンじゃなくて、塩化物イオンなんですね。
次に、原子量と分子量についてお話しします。
原子を構成している陽子や中性子や電子の数は元素の種類によって違います。そのため、原子１個の大木や重さにも元素によって違いがあるのです。
元素ごとの原子の質量の違いは原子量というものを用いています。
これは炭素の質量を１２と決めて、それに合わせて他の原子の質量を表しています。
原子量の例としては酸素が１６、水素が１です。
これは炭素の質量を１２とすると、酸素は１６ですし、水素は１ですということです。
炭素に比べて、酸素は少し重いし、水素は少し軽いということですね。
分子量は原子量と同じように考えます。
分子量も炭素を１２とした時にどうなるかという指標です。
例えば酸素分子はO2と表します。
Oの原子量は１６でしたよね。だから酸素分子の分子量は１６が２つあると考えて３２です。
ほかにも水はH2Oです。Hの原子量が１、Oの原子量が１６なので、水H2Oの分子量は！かける２たす１６で１８となります。
次にモルと言われるものを紹介します。
炭素の原子量は１２でしたよね。この炭素原子をたくさん集めて質量が原子量と同じ１２gになるときの炭素原子の数を1モルにします。
つまりmolとは個数のことです。そして1molは6.02かける10の23乗個の決まっています。この数字をアボガドロ定数と言います。
だから炭素原子を6.02かける10の23乗個集めると、そのときの質量は12gになるということなんですね。
6.02かける1023乗個ってめちゃくちゃ多いですよね。10の23乗という数字にピンとこない方もいると思いますが、めちゃくちゃ多い数なんですよ。
原子または分子が1molあると、そのときの質量は原子量にgをつけたものになります。
水分子がアボガドロ定数個あると、質量は１８gですし、酸素分子がアボガドロ定数個あると、質量は３２gです。
今日は化学の基礎的なところを勉強してきました。
この動画を見た上で問題を解いてみると、理解が深まると思います。
化学の基礎なので、ぜひ抑えて欲しいと思います。
ご視聴いただきありがとうございました。
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それではまた次回の動画でお会いしましょう。
