（３人）こんにちは。
ケミカルシスターズのリホです。
ナオです。
カナです。
はい！今日の「化学基礎」は「構成粒子と物質の分類」です。
構成粒子って何だろう。
物質を作っている粒子の事かな。
そして物質の分類は物質をグループに分けたりするのかな。
グループって宝石のグループとか食べ物のグループなんかもあるのかな。
それはどうかな。
カナちゃん今日は何が分かるんですか？私たちの周りにある物質は目に見えない小さな粒子がたくさん結びついて物質として見分ける事ができるほどの大きさになっています。
そしてそうやってできている物質にはさまざまな特徴があるんです。
という事で今日のテーマは…。
はい。
ジャン。
いろんな結晶ですか？はい。
これまでにイオン結晶や金属結晶などの物質の事を学んできましたが…今日はそんな物質の成り立ちを学んでいきます。
よし！今日も頑張ろう。
それではケミストリーの世界に入りましょう。
は〜い。
は〜い。
ねえねえ宝石とか食べ物の分類もあるのかな。
宝石はあるかもね。
最初のコーナーは「ドライアイスのドライって何？」です。
ドライアイスってアイスクリームの箱なんかに入っている白いものだよね。
そうそう。
冷やすためのものだからアイスは分かるんだけどドライってどういう意味なんだろう。
じゃあそれを考える前にまずは復習ね。
はい。
リホちゃん覚えてるよね。
はい覚えてます。
この二酸化炭素の分子ＣＯは常温では気体として存在しているんだけれど圧力を上げながら温度を下げると分子が規則正しく並んだ固体のドライアイスになります。
そうそう。
前にドライアイスは二酸化炭素だって学んでびっくりした。
そうなの。
ドライアイスは二酸化炭素の分子同士がこのような分子間力という弱い力で引き合ってできてるんです。
へえ〜。
酸素原子赤丸２つと炭素原子黒丸１つが共有結合で結びついて二酸化炭素の分子ができる。
その二酸化炭素の分子が更に分子間力でたくさん結びついてドライアイスになっているっていう事ですね？そう。
分子がたくさん分子間力によって引き合って規則正しく配列した結晶の事を…分子同士がたくさん結びついてできた結晶だから分子結晶なんですね。
はい。
ドライアイスは二酸化炭素の分子が集まってできた分子結晶なんです。
ところでカナちゃんドライアイスのドライって一体何なの？あっそうだったね。
では本題。
分子結晶は分子間に働く引力が弱いので融点が低く融けやすい。
そして軟らかいという性質があります。
そして固体から気体に昇華しやすいものが多いんです。
実はそこに「ドライ」っていう言葉の秘密があるの。
昇華がポイント？分からないよ。
ではドライアイスと同じようにものを冷やすのに使う氷とドライアイスの状態の変化を比べてみましょう。
同じ量の氷とドライアイスです。
それぞれの状態変化を観察してみましょう。
しばらくすると氷は融解して液体の水に変化しました。
一方ドライアイスは昇華して気体の二酸化炭素に変化して拡散。
氷はウエットな液体の水になりましたがドライアイスはドライ。
アイスクリームを冷やす時にもドライアイスは液体になりません。
固体から直接気体に変化。
ドライな状態のまま冷やすのです。
なるほど。
ドライアイスの「ドライ」って「乾いた」という意味だったんだね。
何かそのまんまだね。
そうだね。
ところでドライアイスのような分子結晶の性質を使ったものってほかにもいろいろあるんだよ。
例えば…。
ジャ〜ン。
おっ。
これ見た事あるよね。
あっこれ知ってる。
これってたんすの中に入れる防虫剤だよね。
はい。
防虫剤も昇華しやすいパラジクロロベンゼンという物質の性質を利用しているんだよ。
へえ〜。
防虫剤って昇華しちゃうから使い終わると空っぽになってたんだね。
はいこのコーナーのケミカルポイント！今度は「ダイヤモンドも黒鉛も同じものからできている」です。
これも前に勉強したよね。
そうそう。
どっちも同じ炭素Ｃからできてるんだったよね。
そう。
ダイヤモンドと黒鉛はどちらも炭素の単体で性質の異なる同素体です。
はい。
これがダイヤモンドと黒鉛です。
やっぱりダイヤは断然すてきだね。
でもこの２つが同じ元素でできているって信じられないよね。
うん。
全然似てないもんね。
ではこのダイヤモンドと黒鉛の構造や性質の違いを見ていきましょうか。
何が違うとこんなに変わっちゃうんだろう。
う〜ん。
じゃあまずは復習ね。
例えば非金属元素である水素Ｈが共有結合すると水素分子ができます。
でも１４族の炭素Ｃやケイ素Ｓｉのように…ええ？原子が次々に結びつくんですか？はい。
多数の原子が共有結合だけで次々につながった巨大な分子のような結晶を共有結合の結晶といいます。
ふ〜ん。
これも結晶っていうんだ。
ダイヤモンドと黒鉛はどちらも同じ炭素の単体なのですが炭素原子同士の結びつき方つまり共有結合のしかたが違うので性質が異なっているんです。
これはダイヤモンドと黒鉛の構造模型です。
色は違うけれどどちらも同じ炭素原子です。
ダイヤモンドの炭素原子はこの正四面体が立体的にいくつもつながってできています。
この炭素原子１つに注目すると４つの価電子を全部使って隣り合う１２３４。
４つの炭素原子と共有結合しているので非常に硬く融点も極めて高くて融けにくい。
また電気も通しません。
ダイヤモンドは炭素原子の価電子を全部使ってしっかりと結ばれているのでとっても硬いんですね。
そうです。
では黒鉛の構造も見てみましょう。
黒鉛の炭素原子はこの正六角形が連なるような形をしています。
この炭素原子１つに注目すると１２３。
３つの炭素原子と共有結合した平面の構造になって重なっています。
炭素原子は価電子を４つ持っていますが黒鉛の場合はそのうちの１つの価電子が自由に動くので電気をよく通すという特徴があります。
平面の層と層は弱い分子間力で積み重なっているだけなので軟らかくて薄く剥がれやすいという性質があります。
へえ〜価電子の使い方が違うので性質が違う物質になるんですね。
そうなの。
では最後にダイヤモンドと黒鉛がどちらも炭素でできているという事を実験で確かめてみたいと思います。
はい。
この実験装置を使って黒鉛とダイヤモンドが何でできているか調べてみましょう。
熱に強い石英管です。
ゴム管でつながった先には二酸化炭素を通すと白く濁る石灰水が入っています。
まず石英管に黒鉛を入れて酸素を加えながら加熱してみると…。
石灰水が白く濁り始めました。
次に同じようにしてダイヤモンドを加熱してみると…。
こちらも石灰水が白く濁りました。
ダイヤモンドも黒鉛も燃やすと二酸化炭素が発生する事が分かったね。
やっぱりダイヤモンドも黒鉛も炭素でできていたんだね。
うん。
でもダイヤモンドが燃えちゃって少し残念。
うん。
ダイヤモンドと黒鉛の事分かりましたか？はいよく分かりました。
それではこのコーナーのケミカルポイント！はい。
次は「構成粒子がわかると性質もわかる」です。
構成粒子って？物質を作っている小さな粒の事かな。
でもそれが分かるとどんな性質が分かるんだろうね。
はい。
ではこちらを見て下さい。
私たちの身の回りの元素は現在およそ１１０知られています。
これらの金属元素や非金属元素が結びついて物質を構成するんですがそのもととなるのがこれらの構成粒子です。
金属元素の原子金属原子の陽イオン非金属原子の陰イオン非金属原子同士が共有結合した分子。
そして１４族の非金属元素炭素とケイ素の原子です。
ではこれらの構成粒子からどんな結晶ができるのか見ていきましょう。
金属元素の原子は金属結合して金属結晶を。
金属原子の陽イオンと非金属原子の陰イオンはイオン結合でイオン結晶を。
非金属原子が結びついた分子は弱い分子間力で引き合い分子結晶を。
そして１４族の非金属元素炭素とケイ素は原子だけの共有結合で共有結合の結晶を作っています。
なるほど。
構成粒子の種類と結合のしかたによって物質が決まるんですね。
はい。
そして…ふ〜ん。
構成粒子とか結合のしかたを見てきたけれどそれぞれの物質の性質もっと詳しく知りたいね。
先生こんにちは。
リホちゃんこんにちは。
今日学んだいろんな結晶を作っている構成粒子の種類とその結合のしかたそして物質の分類は分かりましたか？はい。
でもそれぞれの物質の性質の違いをもっと知りたいんですけど。
そうですか。
ではまずこれを見て下さい。
いろいろありますね。
一円玉の材料ですね。
うがい薬にも使われていて昇華しやすい物質です。
え？これがうがい薬になるんですか？これは…食塩に含まれている物質です。
そして最後はダイヤモンド。
ダイヤモンド？これがですか？こっちは天然のダイヤモンドの原石です。
こっちは人工のダイヤモンドです。
へえ〜ちっちゃいけどこれがダイヤモンドの原石ですか。
人工のダイヤモンドも初めて見ました。
それではこちらをご覧下さい。
はい。
結晶には…この４つはどの結晶か分かりますか？はい。
アルミニウムはもちろん金属結晶ですよね。
ダイヤモンドは今日勉強しました。
共有結合の結晶です。
塩化ナトリウムはＣｌマイナスとＮａプラスだからイオン結晶。
ヨウ素は昇華しやすいから分子結晶ですよね。
よくできました。
全問正解。
やった〜！ではそれぞれの性質を見てみましょう。
まずは融点。
融ける温度です。
幅広くあります。
常温では固体です。
共有結合の結晶は黒鉛の融点がおよそ３，５００℃。
ダイヤモンドはそれよりももっと高いんです。
へえ〜融点って結晶の種類によってこんなに違いがあるんですね。
では電気伝導性は…。
ほかにも金属結晶は薄く延ばしたり引っ張ったりでき…。
物質の性質って構成粒子の種類と結合のしかたによってこんなに違うんですね。
先生ありがとうございました。
はい。
今日は…よ〜し。
鉄のフェンス！鉄のフェンス！鉄のフェ！鉄のフェ！鉄のＦｅ！今日はいろんな物質を見たね。
はい。
私たちの周りにはいろんな物質があるけれど物質の性質って構成粒子の種類とつながり方で決まるんだね。
うん。
ダイヤモンドが燃えるなんてびっくりしたよね。
本当。
実験のためとはいえもったいないよね。
私欲しかった！結局２人ともダイヤモンドの話ばっかりだね。
だってきれいなんだもん。
ねえ。
まあ実は私も欲しかったんだけどね。
（２人）ええ？2015/09/23(水) 14:00〜14:20
ＮＨＫＥテレ１大阪
ＮＨＫ高校講座 化学基礎「構成粒子と物質の分類〜いろんな結晶を見てみよう！〜」[字]
化学基礎は平成２４年度から新たに設けられた科目で、中学校から高校への橋渡しの役目をする内容です。基礎をしっかり学んで、本格的な化学の学習に役立ててください。
詳細情報
番組内容
純物質は、原子・分子・イオンなどの粒子が集まってできているが、これらの粒子の種類や結合の仕方によって、その物質の性質は異なることを学習する。物質の性質として、ここでは特に融点や硬さ、電気伝導性などに注目する。粒子の結合の仕方によって、金属結晶・イオン結晶・分子結晶・共有結合の結晶に分類されるが、それぞれ特有の性質がある。
出演者
【解説】開成学園中学・高等学校教諭…宮本一弘，【出演】高田里穂，吉田奈央，横畠加奈子，【語り】伊倉一恵
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趣味／教育 – 中学生・高校生
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