【化学基礎】６時限目　同素体

こんばんddd！
眠れる羊達おれたちは今日も化学するぞぉ！

まずは前回までの【復習】からだ。

①　名付け、特性を調べ、分類するのが化学の基本と確認した。
②　既知の知識としての【分類】を確認した。
　　・【元素】と【原子】と【分子】の違い
　　・【純物質】と【混合物】と【単体】と【化合物】の違い
③　特性を利用して実際に仕分ける【分類操作】を確認した。

簡単に言ってしまえばこんな感じ。

今回は②と③を混ぜた後の延長線上の話。
即すなわち、【特性】と【検出反応】について学んでいくが、
今日は【特性】だけで5000文字越えちゃいそう。
すまん。

では始めて行こうか。

【余談】
冒頭なのに早速余談で申し訳ないんだけど、
気になっちゃったんで話しておく。
「放射能●は飛ばない」と同じ類たぐいの話ね。

始め　・・・　Start のこと。
初め　・・・　First のこと。

授業を開始Startさせるから「では始めます」で正解。
開初させるとは言わない。

初対面Firstの人への挨拶は「初めまして！」が正解。
始対面の人とは言わない。

この記事を読んでくれている羊は多分大丈夫だと思うけど。
まあ一応ね、一応。

A型羊は涙流して喜ぶがいい。
そしてそれは私だ（？）

※工房主からのお願い※
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動画を作るのも楽ではありません。
時間と体力とある種の自己犠牲が必要な作業です。
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物質の持つ化学的特性こせいってのは実に面白い。
【有機物あぶらけい】と【無機物みずけい】の溶ける溶けないの関係とかは記憶に新しいよね。

【物質】がもつ幾つもの面白特性の１つとして
まずは【同素体】というものを紹介する。

同素体どうそたい

教科書的な表現では【同素体】とは・・・

同じ【元素】の【単体●●】であり、かつ、
異なる【性質】を示す物質が２種類以上ある【元素】のこと。

という感じで説明されている。

え？
もう失神しそう？
まぁ待て。
まだ慌てる時間じゃない。

【例】を挙げて解説しよう。

【炭素Ｃ】Carbon

ダイヤモンドと黒鉛は両方とも炭素Ｃで出来ているが、
示す【性質】がそれぞれ違う。

ダイヤモンド
①無色透明
②対摩耗性という意味で極めて硬い。
　ダイヤモンドカッターのような擦り付ける硬さは最強クラスだが
　対衝撃性という意味ではそこらの石ころと大して変わらない。
　ハンマーで殴ったら簡単に砕け散る。
　ゲームの世界でよく見かけるダイヤモンド最強説、あれは嘘だ。
　切れ味だけなら砥ぎ次第でまあ最強を名乗っても良いと思う。
③燃焼して二酸化炭素になる。
　900℃以上の温度があれば燃焼して二酸化炭素になる。

$$
C　＋　O_{２}　➡　CO_{２}
$$

④電気伝導性が無い。
　字義通りダイヤモンドは電気を通さない。

【動画①】　ダイヤモンドの燃焼。

黒鉛こくえん
①字の如く黒色で不透明。
　要は炭すみなわけだからな。そりゃ黒いわ。
　身近なところで言えばシャープペンの芯なんかがもろに黒鉛だな。
②脆もろいという意味で柔らかい。
　対摩耗性か対衝撃性かを論じる以前の問題なくらい脆もろい。
　炭素Ｃで出来たシートをミルフィーユみたいに重ねた多層構造なので
　剥がれるような割れ方をする。
　ダイヤモンドの角かどを紙にあてて引くと、
　紙の方が負けて●●●紙が切れるというか裂けるが、
　黒鉛の角かどを紙にあてて引くと、
　黒鉛の方が負けて●●●黒鉛が細かく砕けて粉になり
　紙の繊維の隙間に潜り込むのでそれが黒い線となる。
　構造の話は【原子の構造】の単元でまた説明する。
③電気伝導性がある。
　私の中学時代の同級生にモンスター級の糞ガキがいてな。
　シャープペンの芯を１本ずつ両手に持ってな。
　コンセントのそれぞれの穴に同時 IN して感電して
　「ビリっと来る！マジ痛ぇギャハハハ！」
　とかやっていたんだよ。
　感電死しなかったのは偶々たまたまブレーカー等に救われただけなんだが、
　奴は嬉しそうに何度もチャレンジしていたな。
　職員室が停電したとか現行犯だったとかは朧気おぼろげだが
　もちろん糞ガキは検挙されて本気の説教をされてたのは覚えている。
　次の授業が始まっても廊下で怒鳴られてて
　先生方もわらわら集まってきて取り囲んでた。
　あいつまだ生きてっかな。
　必要な変化を遂げることなくあのまま大人になっていたとしたら
　今はもしかしたら生きてないかもな・・・。
　良い羊の皆は絶対マネすんなよ！
　という事で黒鉛は電気を通す。
　これマメな。

ダイヤモンドと黒鉛は化学的性質がこれだけ違うのに
同じ【元素】の【単体●●】、純粋に炭素Ｃだけで出来ている。

よって、同じ【元素】の【単体●●】であり、かつ、
異なる【性質】を示す物質同士●●、
今回の場合なら
ダイヤモンドと黒鉛は【同素体】である、
あるいは【同素体】の関係であるという事だ。

じゃあ二酸化炭素CO2も炭素Ｃがあるから【同素体】か。

そうだね。
【同素体】ではないね。

【理由①】
【同素体】は【単体】のみが実績解除アンロックできる。

炭素Ｃだけの物質たんたい同士で比較するならともかく
酸素Ｏが結合してCO2になっている時点で別の【物質】、
所謂いわゆる【化合物】である。

ダイヤモンドと黒鉛に対して二酸化炭素は
同じ素●材の物質どころか既に誰かと化合した物質であるから
最早もはや【同素●体】とは言えない。

【理由②】
百歩譲って同じ【化合物】同士であっても【性質】条件で弾かれる。

【気体】の二酸化炭素とドライアイスは
同じ分子式CO2の【化合物】である。
ところが、
温度変化よる【気体】か【固体】かの物理的状態が違うというだけで
それぞれが示す【化学的性質】は全く同じである。

【物理的状態】が違っても【化学的性質】が同じだから
それは【同素体】ではないよね、同一物だよね、ってことだ。

・・・ドライアイスが溶けて白煙になって物理変化したら
化学反応したわけではないのに化学的性質が変化した！
ってなったらそれはそれで大変な出来事だな。

さてさてどうだい？
【同素体】に対する解像度が上がってきたハッキリしてきただろう？
流れに乗って他にも覚えておくべき代表的な【同素体】を紹介していこう。

【リンＰ】Phosphorus

赤せきリン
①化学的に安定している。
　反応性が低い、基もとい、化学反応を起こしにくいということ。
　例えば酸素と触れても酸化されにくい、つまり燃えないし、
　他の薬品と混ぜ合わせても化学反応を起こしにくい。
　但し、ある種の高温条件下では【触媒】のような振る舞いをする。
　マッチ箱の側面に赤茶色のザラザラが塗布されているだろ？
　あれが赤リン。
　一方のマッチの先端には【純物質】としての硫黄と
　種々の酸化剤さんそのかわりの【混合物】が付着している。
　黒色火薬とは進化系統が違うがある意味での原始的な火薬だ。
　これらが反応して燃焼するには一定の熱エネルギーが必要。
　摩擦熱をトリガーにしてこれを供給するのが赤リンというわけだ。
　反応性は低いし適度に固いしザラつくし触媒だしで適任なのだ。
　マッチの先端を赤リンに擦り付けることで
　単なる摩擦熱以上の熱が供給されてマッチに火が付くのである。
　ところで、最近はマッチ箱自体見なくなったよね。
②毒性が少しある。
　少しってどれくらいだよと思って調べたところ、
　約２ｇ、錠剤１粒くらいの体積を摂取して腹痛や嘔吐感だそうだ。
　青酸カリ、ペロッ、バタッ、乙とかのレベルでは少なくともない。
　まぁそもそも赤リンを２ｇ摂取すること自体が問題ではある。
黄おうリン
①またの名を白はくリンともいう。
②反応性が非常に高い。
　空気と触れあっただけで自然発火するので、
　保存するには空気に触れないよう水中に保存する。
　「人魂ひとだまの正体は白リンの自然発火だ」という説もある。
③猛毒。
　どのくらい猛毒かというと、
　即効性ではないものの、ペロッ、数時間後バタッ、乙がある。
　また、タンパク質とよく反応するので
　皮膚に触れただけで重度の化学火傷を起こす。
　空気酸化によって生じるリン酸化合物の白煙は
　呼吸器系に深刻なダメージを与える。
　空気酸化を含む燃焼によって生じるガス（白煙とは別）と、
　そのガスが反応して生成される別のガスそのものにも毒性があり、
　それらのガスは呼吸器系や眼球などの粘膜系に化学火傷を引き起こす。
　結論、黄リンはやべぇ。

【動画】　黄リンの自然発火

これだけ【化学的性質】が違うのに
同【元素】であるリンＰの【単体】で出来ている。
よって、リンＰは【同素体】である。

【硫黄Ｓ】Sulfur

硫黄の同素体としての特徴は温度依存による物理変化にある。
物理変化の方向というか矢印の向きに注意して以下の説明を見てくれ。

①斜方硫黄しゃほういおう
　常温で物理的に最も安定。
　95.5℃くらいまでゆっくり加熱すると単斜硫黄になる。

　斜方硫黄　➡Δ95.5℃　単斜硫黄

②単斜硫黄たんしゃいおう
　95.5℃から空冷で常温（r●oom t●emperature）に戻ると
　やがて斜方硫黄に戻る。

　単斜硫黄　➡ｒ.ｔ　斜方硫黄

③ゴム状硫黄じょういおう
　ゴムに似た弾性がある。
　斜方硫黄または単斜硫黄を約119℃までゆっくり加熱して生成する。

　斜方または単斜　➡Δ119℃　ゴム状硫黄

　空冷で常温（r●oom t●emperature）に戻ると
　やがて斜方硫黄になる。

　ゴム状硫黄　➡ｒ.ｔ　斜方硫黄

上記の硫黄の【同素体】を生成する実験動画を紹介する。
但し、３種類すべてを網羅していて、
かつ、初見でも解り易いと思われるものがあまり無かった。
文字通り何を言っているか解らないとか活舌かつぜつとか手際がざｔ・・・
おっと、Ａ型諸兄、落ち着き給え。
大丈夫、大丈夫だとも。
見ていてもＡ型諸兄に震えや発作が来ないような
比較的穏やかなものを選んだつもりだ。

※注意※
各動画では斜方硫黄（結晶）ではなくただの硫黄粉末から始めている。

【動画①】　探した中ではゴム状硫黄の弾性を唯一確認していた。

【動画②】　安心安定のヒロシ先生だが、斜方硫黄が名前だけの紹介。

【酸素Ｏ】Oxygen

酸素O2
①酸化力。
　相手【物質】を酸化させる能力がとても強い。
　金属相手ならサビさせるし、有機物相手なら燃焼させたり風化させる。
　お肌ボロボロも酸素の酸化力！
②反応性。
　【単体】として化学的に安定。
　温度条件で相手【物質】と比較的簡単に反応する。

オゾンO3
①酸化力。
　酸素O2の酸化力なんて目じゃないくらい酸化力がメチャクチャ強い。
②反応性。
　酸素O2の反応性なんて目じゃないくらい化学的に不安定。
　温度条件？そんなものなくても相手【物質】を酸化させてやるぜッ！

理屈は【原子の構造】の単元で解説するので今は簡単にしておく。
オゾンはすえたような匂いがする。
高電圧かけて印刷する印刷機の排気の匂いがまさにオゾン臭。
雷雨の日の空気もすえた匂いがするがあれもオゾン臭。

そう、キーワードは電気だ。
通常、酸素分子O2は原子２粒が合体ロボでの１粒になって安定。
そこを高電圧でぶん殴って安定状態を無理矢理ぶっ壊して不安定にする。
で、O2が脳震盪のうしんとうおこしている時に
サッとOがもう１粒潜り込んで粒３つで合体ロボの１粒になる。
これでオゾンO3ってぇ奴の完成よ。
空気中の雷の通った跡とか印刷した時とかあれオゾンな。
んだがよ、本来はＯ2で安定なのに
最初っから不安定なO原子１粒（活性酸素）を
無理矢理くっつけてO3になってるから
当然オゾンも存在がメチャクチャ不安定。
反応性が非常に高いっていうのはそういう意味。
近場に酸素を受け取ることが出来る奴が居れば
そいつにすぐにOを１粒ぶつけて元の安定O2に戻ろうとする。
受け取る側はたまったもんじゃない。
オゾンの押しの強さがあまりにも強すぎる。
基本的に受け取り拒否は出来ない。
強制的に酸化させられる。
有機物ならお肌ボロボロとか殺菌とかそういう現象が起こる。
これがオゾンO3の酸化力の正体である。

「化け物には化け物をぶつけんだよッ！」の定理は有名だが、
オゾンつよつよピッチャーと黄リンつよつよキャッチャーが出会ったら一体どうなっちゃうんだろう。
碌なことにならないのはまず間違いないね。

閑話休題。

さて、酸素とオゾンの関係についてはこの程度の認識でとりあえずはおｋ。

【動画①】　実験ではないのだけど解説動画としてヒロシ先生。

【動画②】　オゾンの酸化力＝殺菌力

で、忘れたころに念押しするが、
【化学的性質】が違うのに同【元素】の【単体】で出来ているから
酸素Ｏは【同素体】である。

ヒロシ先生も仰っていたが、
高校化学基礎における抑えておくべき【同素体】はこの４つのみ。
それぞれの元素記号を並べてＳＣＯＰスコップで覚えよう。

以上、今日は【元素】の【特性】、【同素体】について学習した。
次回こそは【検出反応】について学習する。

最後に簡単に復習だけしておくか。

【問】
次の①～④の内、【同素体】の関係ではないものはどれか。１つ選べ。
①　黄リンと赤リン
②　水と氷
③　斜方硫黄と単斜硫黄
④　ダイヤモンドと黒鉛

【解】　②

さて、本日の授業はこれにておしまい。
少しでも楽しんでもらえたなら嬉しいです。

次回の【検出反応】が楽しみだという羊は
良かったらチャンネル登録や good ボタン、
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「いや、興味ないね」
と、某クラス 1st 氏みたいなことをいう羊は
目玉焼きに何をかけるのが正義だと思うか
コメント欄にコメントして行って下さい。
私はソースをかけるのが洋食みたいで美味しいと思います！

では、おつのまｋ～！