【1】物質と化学反応式【化学解説】

化学カリキュラム

この記事では、化学・物質と化学結合の解説をしていきます。

この項のポイントは以下の3つです。

ポイント
  • 結合の種類と特徴
  • 電子式と構造式
  • 錯イオン

物質と化学結合は、化学の非常に基本的な箇所。入り口とも言えます。

基本的だからこそ、重要な単元です。しっかり勉強していきましょう。

この単元をマスターすれば、化学の勉強でつまづかなくなります!

結合の種類と特徴

この項目を勉強すれば、物質の名前を聞いただけで、ある程度の性質が分かるようになります。

さて、勉強していきましょう。

結合には3種類あります

まず、化学結合とは、物質を構成する原子を結びつける結合のこと。

単に結びつけると言っても、3種類の結びつき方があるんです。

それは以下の3種類。

化学結合の種類
  • イオン結合
  • 共有結合
  • 金属結合

解説していきます。

イオン結合

イオン結合は陽イオンと陰イオンとの結合のこと。

このとき、引き合ってくっつく力を「静電気力(クーロン力)」と呼びます。

例)Na+ + Cl = NaCl

金属イオン+非金属イオンの物質ならば、イオン結合です。

上の例だと、Na+ (金属イオン)+ Cl (非金属イオン)= NaCl(食塩(イオン結合))

テッド
テッド

クーロンさんが発見したから、クーロン力。

イオン結合・イオン結晶の覚えておきたい特徴は以下の通り。

イオン結合の特徴
  1. イオン結晶は水に溶ける
  2. 固体は電気を通さないが、水に溶かしたりして液体にすると電気を通す
  3. 硬いがもろい
  4. NH4Clのみ例外として、非金属どうしだけどイオン結合

食塩(塩化ナトリウム:NaCl)をイメージしてみましょう。

料理をする人はイメージできると思いますが、食塩は水に溶けますね。

また、食塩は電気を通しませんが、食塩水にするとイオンが自由に動けるようになって、電気を通ります。

そして、食塩は硬いですが、ハンマーでガンと叩くと砕け散るもろさを持っています。

テッド
テッド

硬いがもろいを理解するのにいい例は「ガラスとゴム」。

ガラスの方が硬いけど、ゴムの方が割れにくいよね。

ガラスは硬いがもろい。ゴムは柔らかいが粘り強い。

共有結合

共有結合は非金属元素どうしの結合。

例)H+ + Cl = HCl

共有結合・共有結合結晶の覚えておきたい特徴は以下の通り。

共有結合の特徴
  1. 電気を通さない(黒鉛(C)を除く)
  2. 融点が高い
  3. 非常に硬い
  4. 水に溶けにくい

ガラス(二酸化ケイ素(SiO2))をイメージしてみましょう。

ガラスは電気を通さないですね。蛍光灯に触って感電したことはないはず。

さらに、融点が1710℃と非常に高い(比較:NaClは801℃・Alは660℃)。

上で少しお話ししたように、ガラスは引っ掻いても傷つきにくい(非常に硬い)です。

また、ガラスは水に全然溶けないですね。

 

発展で、炭素が例外的に電気を通す理由は、「炭素原子と炭素原子は結合しても電子が余る。その電子が炭素内を自由に動けるため、電気を通す」です。

もうちょっと詳しく言うと、「炭素原子には共有電子対は3つしかないけど、炭素原子には不対電子が4つある。余った電子1個が自由に動けるため、電気を通す」です。

 

共有結合の仲間である配位結合(錯イオン)については、下記で詳しく説明します。

金属結合

金属結合は、その名の通り金属と金属との結合。

例)Cu

金属結合の覚えておきたい性質は以下の通りです。

金属結合の特徴
  • 熱・電気伝導性がある
  • 展性・延性を持つ
  • 金属光沢がある

 

Cu(銅)をイメージしてみましょう。

銅線は電気伝導性があるため、電線に使われています。また、熱をよく伝えるので銅で作られた鍋もありますね。

展性(薄く広げられる)・延性(引き延ばされる)があり加工が容易なので、効果や装飾品など様々なところで使われています。

そして、新品の10円玉は光沢がありますね。

テッド
テッド

鍛冶屋さんが刀をガンガン叩くのもイメージしやすい。

真っ赤に熱された鋼が叩かれて広げられ、完成した刀には光沢があるね。

電子式と構造式

共有結合したものは、電子式と構造式で表す事ができます。

例として、HClを見てみましょう。

電子式・構造式

左が電子式・右が構造式で、同じHClを表しています。

構造式は電子式を簡略化したものと思ってください。

電子式では「・」を最外殻電子として表しており、HClのように1組の共有電子対(:)による共有結合は「単結合」と呼びます。

 

次はCO2とN2を例にあげます。

電子式2

CO2の2組の共有電子対による共有結合を「二重結合」、N2にある3組のものを「三重結合」と呼びます。

 

一般に、多重になるほど結合が強いです(三重結合>二重結合>単結合)。

つまり、N2を引き剥がして2つの窒素イオンにしたり、CO2を分解するのは非常に難しい!

錯イオン

この単元で最もよくわからない事が「錯イオン」でしょう。しっかりまとめていきます。

錯イオンの例として、アンモニウムイオンの成り立ちを見ていきます。

錯イオン

アンモニアと水素イオンが配位結合して、アンモニウムイオンを形成。

錯イオンは、結合の過程は違いますが、共有結合と同じ性質を持っています。

 

普通の共有結合は、イオンが電子を出し合って結合します。

一方、錯イオンでは、片方のイオンのみが電子を出して配位結合します。

アンモニウムイオンで言うと、アンモニアが2個、水素イオンが0個電子を出しているというわけです。

テッド
テッド

錯イオンの「錯」とは「複数のものが混じる」という意味。
アンモニウムイオンは簡単な構造だけど、もっと複数のものが混じった錯イオンも存在するよ。

まとめ

物質と化学結合のことについて理解できましたか?

この記事の内容をまとめます。

まとめ
  • 化学結合は3種類ある(イオン結合・共有結合(配位結合も含む)・金属結合)
  • 結合が多重になるほど、繋がりが強い
  • 錯イオンでは、片方のイオンのみが電子を出して配位結合する

身の回りの物質を見て、大体の性質がわかるようになれば、この章は合格でしょう。

塩・鉄・二酸化炭素などなど、いろんな物質が世の中には溢れています。

何気なく生活する中でも「この物質の性質は・・・」と考えると、化学の勉強も得意になりますよ。

さて、次の項に進みましょう!

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