【化学】物質の構成：単体と化合物・同素体

元素と原子の違い

物質を構成する基本的な成分を元素と呼びます。つまり、原子の種類を全部ひっくるめて「元素」です。元素は110種類ほどが知られています（＝110種類の原子がある）。

ちなみに、110種類の元素のうち、90種類は自然界に存在するもので、それ以外は人工的に作り出されたものです。

各元素にはラテン語名からとった元素記号がつけられています。例えば、カリウムは「K」ですが、kalium(木灰）の頭文字です。元素記号＝原子記号です。

同一元素でできた物質（単体）を同素体と呼びます。S、C、O、Pが2種類以上の単体を持つ元素です。「スコップ」で覚えます。

S C O P = スコップ

例えば、Cはダイヤモンドや黒鉛などの同素体を持ちます。しかし、どちらも結合の仕方が異なるため、性質は全く異なります。ちなみに、黒鉛を2000℃、数×10⁹Paで保っておくとダイヤモンドになります。

Sの同素体としては、斜方硫黄、単斜硫黄、ゴム状硫黄があります。斜方硫黄と単斜硫黄はいずれもS₈の分子ですが、並び方が異なっています。ゴム状硫黄は、S原子が長く結合した物質です。単斜硫黄もゴム状硫黄も長時間放置すると、安定な斜方硫黄へと変化します。

Oの同素体には酸素O₂とオゾンO₃があります。酸素中で放電したり、紫外線があたるとオゾンへと変化します。

Pの同素体には黄リンと赤リンがあります。黄リンは淡黄色の固体で極めて有毒であり、空気中で酸化して自然発火します。赤リンは毒性はなく、発火点は260℃です。赤リンを空気に晒さずに300℃で加熱すると、リン蒸気となり、急冷すると黄リンとなります。

その物質が何の元素から構成されているかを調べるには、元素特有の反応を利用する方法があります。

いくつかの金属元素には、炎に晒すと特有の色の光を出します（炎色反応）。この光によって金属元素の有無を識別します。

CuSO₄（硫酸銅）は、水和物になると青色になる性質を持っています。この性質を利用し、ある物質を加熱して生じた気体を冷却し、液体にしたものを硫酸銅に触れさせることによって、水素原子が含まれていたことを確認できます。

アンモニアNH₃は塩酸HClと反応し、NH₄Clを形成します。たんぱく質に水酸化ナトリウムを入れて加熱してやると、アンモニアが発生し、塩酸によってその存在を確認できます。