【化学基礎】２時限目　物質の構成①

こんばんｄ・・・
今日も授業を始めていきます。

羊諸君は整理整頓は得意だろうか。
化学が化学としてまだ成立していなかったような時代。
具体的には1600年代。
1600年と言えば日本では関ケ原の戦いがあった年だ。
当時、世界中の化学者の間では
化学的な新たな発見かんきょうへんかが爆発的にあったことから
それらを規則的に整理整頓することが重要だった。

発見した物質しょけんさんに名前を付け、
よく解んないその物質の特徴を調べ
似た様な特徴毎に分類分けし
また次の物質を探し求めて彷徨う。

最初期はこの繰り返しをず～っとやって満足してた。
新物質発見は栄誉であり流行であり金になったのである。

Geゲルマニウム とか完全にゲルマンでドイツ由来だし、
Frフランシウムもフランス由来だ。

世界中の誰よりも先に見つけるってのは
やっぱ強つえぇんだわ。

そんな名誉ある化学者であっても
有名企業の研究室所属ですみたいな企業勢は非常に少なく、
当時は多くが個人勢な時代あんけんハンターだったから、
今扱っている研究が凄いものだと自分だけは解っていても
世に認められなければ食べていけなかったりした。
この辺は職人の世界でのあるあるだな。

彼らの苦楽伴う貴重な下積みせいりせいとんのお陰で
現代の理論立った【化学】が存在することを踏まえると、
化学を勉強する羊達われわれとしては
整理整頓済みの一番おいしいところを
しっかり吸収たべておうえんすることで
彼らのシゴトに感謝を示そうと思うのだがどうだろうか。

ということで、
本日は物質の分類分けせいりせいとんのせいかについて学ぶ。
では詳しく見て行こう。

物質と元素

例えば、今でこそ元素こせいは118種類あることが解っているが、
当時はギリシャ哲学や宗教の影響もあってか、
【水】【空気】【火】【土】の４種類のみだと信じられていた●●●●●●●。
化学的根拠も実験事実も何もなく、
世界の主成分が感情丸出しの理屈によって
世界が構成されていると割と本気で信じていたファンタジーのう時代である。
そこに研究者たちが実験事実しゅうしゅうへきに基づいて
ファンタジーを否定し戦やって来た結果が
諸君の良く知る【周期表しゅうきひょう】なのである。

星の命名と一緒で、
元素名は発見者が名付けて良いことになっている。
「この元素こせいはうちの妻と同じ名前96ばんにしよう」
であっても別に許されていた。

原子番号26番の Feてつ が英語の Irアイアン ではないのは
発見者が当時の共通語であるラテン語を採用したから、
という背景にも納得できる。

歴史の話はこれくらいにして、高校化学べんきょうに話を戻す。
周期表が化学的理由において
ちゃんと分類せいりせいとんされたものであることを理解するために、
学校の定期試験で良く出題されたりもする次の問題、

「原子と元素の違いを説明しなさい」

について考える。

４元素時代では水ぶっしつを見て【水せいしつ】だと判断していた。
自分の手ぶっしつを見て【水せいしつ】と【土せいしつ】だ、みたいな。

現代化学においてはこれは凄く変だ。
何が変かって、

原子ぶっしつ＝元素せいしつ

になっちゃってんだよな。
例えば極端な話になるが、
テレビに出てるニュースキャスターでもタレントでもだが
「放射能●が飛んでます」
って発言をするのを耳にすることがあると思う。
そんな時、私はいつも思うんだ。
「能●は飛ぶもんじゃねえよ」
ってさ。
飛ぶのは放射線こうしのなみや放射性物質げんぶつであって
放射能のうりょくは飛ぶもんじゃない。

原子と元素の違いはこの関係で説明できる。
原子は粒ぶっしつで元素は属性せいしつであることを
しっかりと理解し覚えておこう。
そうすれば次のような問題が出題されても十分に戦えるようになる。

【例題】
酸素が原子（分子）ではなく元素の意味で用いられているものはどれか。
次の①～④から１つ選べ。
①　空気は窒素と酸素がおよそ４：１で混ざった混合気体せいしつはまざらないだ。
②　水を電気分解したところ水素と酸素がおよそ２：１で発生したじつざい。
③　人間は酸素なしには生きられないせいしつはすうもんじゃない。
④　酸素とオゾンは同じ主成分であるもろにせいしつ。

【解】　④

原子の話なのか性質の話なのかを見分けることが出来れば楽勝だな！

さて、次は分類の話をしよう。

単体・化合物・純物質・混合物

原子は粒ぶっしつであることは先述した。
「何で粒なのか」
的な話は４時限目で扱うのでここでは
「ほなそんなもんか」
でとりあえずは飲み込むように。

いきなり壮大な話になるが、世界は全て粒げんぶつで作られている。
真空状態でもない限りは
目には見えないだけで空気中でさえも粒でぎっちぎぎち。
想像しにくいが、
陸上を歩くとは各種気体の粒のボールプールで泳ぐということである。

粒には個性せいしつがあり、
単独で存在する方が好きな粒げんしも居れば
複数の粒が集まってがったいロボ１つの粒ぶんしになった方が
安定して存在できるものも居る。

という事で、
最も単純な分類は【原子なのか分子なのか●●●●●●●●●●】である。

【原子げんし】
ただ１種類の元素の粒のこと。
地球上で原子単独で存在し続けられるのは基本的に【第18族ねえちゃん】だけ。

【第18族ねえちゃん】って何やねんって sheep は
前回の授業を復習しておくように。

【分子ぶんし】
２種類以上の元素の粒が結合して出来た粒のこと。
地球上で安定存在する物質は基本的に分子のみである。
混ざりあって１粒ではなく合体ロボ的な意味の１粒であることに注意。

【例】　H₂　O₂　H₂O　CO₂　など

んでもって、原子・分子を基本として
地球上の物質を更に分類分ぶんるいわけすると
下の表のようにまとめることが出来る。

記載の分子については中３理科で学んだものばかりだろうから
見たこと無いってことはないと思うが、
念のため幾つか紹介しておく。

H₂
水素分子。
元素としては１種類だが
H 原子が２粒で１粒がったいロボなので原子ではなく分子である。

NaCℓ
塩化●ナトリウム。
いわゆる塩のこと。
塩素●ナトリウムではない。
化合物の名前を読む時は基本的には後ろからパーツごとに読んでいく。
特に後ろのパーツを読む時は【～化】にして読む。

NaOH
水酸化ナトリウム。
水素と酸素がナトリウムにくっついて１粒になっている。
水化酸ナトリウムではない。
どこで区切りが発生するのかは【イオン】の単元で詳しく学ぶので
今は「ふんふんそういうものなのね」で納得しておくこと。

【混合物】についても少しだけ説明しておく。

海水は水に塩にその他ミネラルや気体が含まれて１つなので混合物。
味噌汁は言わずもがな。水に塩に味噌に具だって入ってる。
そこら辺の石は基本的には不純物だらけの鉱石のことだから、
ダイヤモンドみたいに炭素だけ●●とかでない限りは基本的に混合物。
空気も酸素に窒素に二酸化炭素にと複数気体が混ざった混合物。
血液も色は赤１色だが赤血球やら血漿やらが混ざった混合物。

それと、解っている羊の方が圧倒的だろうけど
概念の勘違いという事故の防止のためにもあえて触れておく。

【混合物】というのは
【元素】が混ざり合って新たな【元素】になった物質のことではない。
普通、【元素】は混ざらない。
普通じゃないなら混ざるのか。
それは混ざる。

例えば【核融合】みたいな普通じゃない状況を起こせるなら
文字通りの意味で混ざって新たな【元素】になる。
ところが【核融合】とは単純に混ぜることを指すわけではない。
一方で【混合物】はその場所に均一にただ共存しているだけの状態をいう。

つまり【核融合】≠【混合物】である。

【原子】が融合して【元素】が変化してしまうのが【核融合】
【原子】や【分子】が均一に共存しているだけなのが【混合物】

まさか間違える勘違い sheep はいないと思うが
念のために、そう、念のために言及しておく。

因ちなみに、物質と物質を壺の中に放り込んで混ぜ混ぜさせて
何度か繰り返した結果の最終生成物が金になりました！
みたいな本来の意味での錬金術は
この【混合物】の原則からすれば有り得ないってことが解る。
【核融合】を起こせるくらいの高温・高圧条件、
自然界ではそうだな、隕石同士の衝突によって
物質同士の接触面が一瞬にして赤熱融解するレベルの温度と圧力を
壺の中で起こせるなら場合によっては金を錬成できるかもしれないが。

閑話休題。
さて、分類分けも定期試験では鉄板ネタだから是非覚えておくこと。
誰がどのグループかを丸暗記しろってわけではないぞ。
それが誰であろうときっちり分けられるように

グループの【特徴】の方を覚えること。

即すなわち、表にある通り
【純物質】とは、純粋にただ１種類の物質で構成されたもの
【混合物】とは、２種類以上の純物質が混ざったもの
【単体】とは、純粋にただ１種類の元素で構成された純物質
【化合物】とは、２種類以上の元素で構成された純物質
を理解しておくことだ。

難しく考える必要はない。
言ってしまえば会社の組織図みたいなものだ。
hololive production は hololive と holostars に分類されて、
更に JP・EN・ID・RL・FGというように性質ごとに細分化される。
更には第何期生なのかの分類がある。

個々を見て第何期生かを丸暗記しようとすると大変だから
期生の【コンセプト】を覚えた方が早・・・おっと誰か来たようだ。
この話はここでやめておこう。

では知識の確認をする。

【問】
次に示した物質が混合物なら混、単体なら単、化合物なら化と記せ。

海水　　H₂　　N₂　　NaCℓ　　純金のインゴット　　H₂O
O₂　　空気　　CH₄　　H₂SO₄　　醤油

【解】
混　　海水　空気　醤油
単　　H₂　N₂　純金のインゴット　O₂
化　　NaCℓ　H₂O　CH₄　H₂SO₄

【純物質】とは何か、【混合物】とは何か、
【単体】とは何か、【化合物】とは何か。

大事なことだから繰り返すけれども
グループの【特徴】の方を覚えておけば非常に楽やで！

星の数ほど膨大な種類がある物質を逐一丸暗記するような
アホなことせんでもええようになるし、
普段から色々と考えたり気付いたりするようになる。
そうすれば、イレギュラーな場面に出くわしてもしょけんのぶっしつがしゅつだい
咄嗟に応用が効くきてんがきくようになると思うんよ。

仕事だろうと勉強だろうと
楽らくだったり楽たのしいとかじゃないとやっぱり続かないよね。
語呂合わせでもテクニックでも何でも使って要領よくやってこ！

この辺の感覚は部活スポーツやってる人の方が共感してくれるかも。
強くなるため、上手になるために野球部はバット素振りしてんねん。
試合が何より楽しいから普段の練習にも力が入るんであって、
目的が苦行のためやったらそんなんただ関節を摩耗させとるだけや。
「肩壊すのが昔からの夢だったので野球部に入りました！」
なんてアホな奴おる？

【補足】
CH₄
メタン。
炭素原子１粒に水素原子が４粒結合して１粒になった分子。
後ろから読むタイプの分子ではない。
慣用名かんようめいといって、命名のルールが提唱される前の、
好き勝手に名前をつけていた初期の時代に定着した名前。
あだ名で呼んでたら定着してしまった感じ。
常温常圧下では可燃性の【気体】である。

H₂SO₄
硫酸。
硫黄原子１粒に酸素原子が４粒、
水素原子が２粒結合して１粒になった分子。
常温常圧では【液体】である。

さて、今回は原子分子の分類について学習した。
次回は実際に分類する【方法】について考えていく。

疑問質問があれば遠慮なくコメント欄へ。
私が答えることもあるし（必ず答えるとは言っていない）、
通りすがりの博識 sheep が応えてくれることもあると思う。

こんな事聞くのは恥ずかしいという気持ちがあるのは十分理解する。
だが、聞くのは無料ただだし、
人に聞いてあ～でもないこ～でもないとやった方が
不思議なほどに覚えるもんだ。

是非活用してくれたまえ。

では本日の授業はここまで。
おつのまｋ・・・

【追記】
地球上で原子単独で存在維持できるのは
基本的に【第18族ねえちゃん】だけだと私は言った。

表の純物質のところに Fe が単独でいるのを見て
「あれ？【第18族ねえちゃん】だけじゃねえのかよ？」
と感じた羊が居たらそいつは素晴ら sheep だ。
いい着眼点を持っているし、
物事をよく考えていると言える。
敬意を表してこの疑問に対する答えをここで述べておく。

地球は原子分子でぎちぎちであることは先述済だ。
ということは隣り合った原子だれかと常に接していて
化学反応を起こす可能性があるということでもある。

そういう意味で Feてつ は永遠に単独原子では居られず、
接する Oさんそ と反応して酸化鉄サビになったりする。

また、 Feてつ は金属原子であり、
一般的には同じ Feてつ 同士が密集●●して存在するので、
厳密には分子では無いのだが分子と同じように扱われる。
いわゆる【単原子分子たんげんしぶんし】という奴だ。

【第18族ねえちゃん】は生粋の【単原子分子たんげんしぶんし】で、
隣接する他の原子との反応性を殆ど示さないかがくてきにあんていし、
金属のように徒党を組むこともない文字通りの１粒の状態いっぴきおおかみでも存在できる。

以上のことを踏まえ、
地球上で原子単独で存在し続けられるのは基本的に【第18族ねえちゃん】だけ、
と言及したというわけだ。

何で【第18族ねえちゃん】が反応性が殆どないのかについては
【イオン】の単元で学習するのでそれまで待機待機た～いき。

ここにオセ●ットが居れば
「いいセンスだ」と言ってくれる良い指摘でした。

【余談】錬金術とは何か？