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化学講師が教える 5分でわかる 「化学結合と結晶」

イオン結合
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はじめに

化学結合の基本を理解することで、物質がどのように形作られ、私たちの周りの世界がどのように成り立っているのかを知ることができます。今回は、化学結晶の種類であるイオン結晶、共有結合の結晶、分子結晶、金属結晶について、カンタンに解説します!

化学結合による結晶

・結晶とは、粒子が規則正しく並んだ構造を持つ固体のこと

結合の種類

  • イオン結晶
    イオン結合
    (アンモニウムイオンNHなどの多原子イオンには、共有結合、配位結合もある)
  • 共有結合の結晶
    共有結合
  • 分子結晶
    分子間力(ファンデルワールス力)による結合
    (分子内は共有結合また、水素結合配位結合のものもある。)
  • 金属結晶
    金属結合

結合の強さ

  • 共有結合 (ダイヤモンドをイメージしよう!)
  • イオン結合(塩は溶けない!融点が高い=結合が強い!)
  • 金属結合 (金属も融点はとても高い!鉄の融点は約1500度)
    ※イオン結合と金属結合はほとんど同じ強さ!
  • 分子間力(鉛筆で文字が書けるのは、分子間力が弱いから)

復習したい人へ
①共有結合←こちらをクリック!
②イオン結合←こちらをクリック!
③金属結合←こちらをクリック!
④分子間力←こちらをクリック!
⑤配位結合←こちらをクリック!

構成粒子と構成元素

  • イオン結晶
    【構成粒子】
    陽イオン + 陰イオン

    【構成元素】
    ・陽イオン=金属イオン or NH 
    ・陰イオン=非金属イオン or  多原子イオン
  • 共有結合の結晶
    【構成粒子】
    原子(全て共有結合)

    【構成元素】
    非金属同士の結合(HーCl、O=C=Oなど)
  • 分子結晶
    【構成粒子】
    分子

    【構成元素】
    非金属同士の結合(COとCO同士の分子間力)
  • 金属結晶
    【構成粒子】
    原子

    【構成元素】
    ・金属原子と自由電子(金属が陽イオンになる際の価電子を共有している)

結晶のモデル

【イオン結晶】
例)NaCl

共有結合の結晶
例)ダイヤモンドC

【共有結合の結晶】
例)ドライアイスCO

【金属結晶】
例)Naの単体

電気陰性度の差 結合の仕方と強さ

  • イオン結晶
    【電気陰性度の差】
    ・大きい

    【結合の仕方と強さ】
    ・+ーの力(静電気的な力=クーロン力)
    ・結合力 → 強い
  • 共有結合の結晶
    【電気陰性度の差】
    ・同じもしくは小さい

    【結合の仕方と強さ】
    ・結合力 → めっちゃ強い
    ・共有結合が1番強い!
  • 分子結晶
    【電気陰性度の差】
    ・同じもしくは小さい

    【結合の仕方と強さ】
    ・結合力 → めっちゃ弱い
    ・極性分子は分子間力にδ+、δーの電荷を帯びているため、結合が少し強い
  • 金属結晶
    【電気陰性度の差】
    ・なし

    【結合の仕方と強さ】
    ・+−の力(陽子と自由電子が引き合う力)でつながっている
    ・結合力 → 強い

常温の状態と融点

  • イオン結晶
    【常温の状態】
    ・全て固体

    【融点】
    高い
  • 共有結合の結晶
    【常温の状態】
    ・全て固体

    【融点】
    めっちゃ高い
  • 分子結晶
    【常温の状態】
    ・気体、液体が多い

    【融点】
    低い
  • 金属結晶
    共有結合の結晶
    【常温の状態】
    ・ほとんどが固体(水銀Hgは液体)

    【融点】
    高い

電気伝導性 ・ 水溶性

  • イオン結晶
    【電気伝導性】
    ・なし(融解するとあり)

    【水溶性】
    ・良い(電離をするため、溶液に溶けると電気を通すようになる)
  • 共有結合の結晶
    【電気伝導性】
    ・あるものもある(黒鉛)

    【水溶性】
    ・悪い(水に溶けない)
  • 分子結晶
    【電気伝導性】
    ・なし

    【水溶性】
    ・悪いものが多い
  • 金属結晶
    【電気伝導性】
    ・良い(自由電子があるため)

    【水溶性】
    ・悪い(水に溶けない)

化学式 ・ 主な物質

  • イオン結晶
    【化学式】
    ・組成式

    【主な物質】
    ・塩化ナトリウムNaCl,水酸化カルシウムCa(OH)2, 塩化アンモニウムNH4Cl, 酸化銅(Ⅱ)CuO, 炭酸水素ナトリウムNaHCO3
  • 共有結合の結晶
    【化学式】
    ・組成式

    【主な物質】
    ・ダイヤモンド、黒鉛C,二酸化ケイ素SiO
  • 分子結晶
    【化学式】
    分子式

    【主な物質】
    ・酸素O,オゾンO3,窒素N,水HO
  • 金属結晶
    【化学式】
    ・組成式

    【主な物質】
    ・リチウムLi,ナトリウムNa,カルシウムCa,亜鉛Zn

ポイント

  • イオン結晶
    ・陽イオン = 金属イオン or NH
    つまり金属イオンの化合物は必ずイオン結晶
  • 共有結合の結晶
    ・炭素、ケイ素、二酸化ケイ素は全ての原子が共有結合している。
  • 分子結晶
    ・他の3つの結晶以外は全て分子結晶
    ・分子内は共有結合
    ・分子間は分子間力
  • 金属結晶
    ・基本は金属の単体
    ・金属(金属イオン)と自由電子で構成
     →金属が価電子を放出しその価電子で結合している

問題にチャレンジ!

問1 次の(あ)〜(か)の物質の原子間の結合が、イオン結合であるもの、共有結合であるもの、金属結合であるものに分類せよ

(あ)マグネシウム (い)黒鉛 (う)水酸化カルシウム 
(え)酸化ナトリウム (お)酸素 (か)ナトリウム

問2 次の❶〜❹の性質に当てはまるものを、語群からそれぞれ2つずつ選べ

  • 融点は非常に高く、極めて硬い
  • 固体の状態では電気を通さないが、水溶液になると電気を通す
  • 融点は高いものから低いものがあり、常温で液体のものもある
  • 常温で固体であるが、加熱すると気体になる

【語群】
ドライアイス、水銀、ヨウ素、硫酸マグネシウム、ダイヤモンド、塩化ナトリウム、アルミニウム、二酸化ケイ素

問題の解説

問1
イオン結合:う、え(金属元素+非金属元素)
共有結合:い、お(非金属+非金属)
金属結合:あ、か(金属+金属)

問2
❶:ダイヤモンド、二酸化ケイ素
共有結合の結晶なので、めっちゃ結合大=融点もめっちゃ高い!
❷:塩化ナトリウム、硫酸マグネシウム
電離のことを言っているのでイオン結晶を選ぶ!→金属+非金属!)
❸:アルミニウム、水銀
(金属は基本的に融点が高いが、基本的は強く水銀のみ液体!)
❹:ドライアイス、ヨウ素
昇華のことを言っているので、分子結晶のものを選ぶ!ナフタレンとセットで覚えよう!)

最後に

「イオン結晶、共有結合の結晶、分子結晶、金属結晶」といった結晶の種類についてご紹介しましたが、いかがでしたでしょうか?これらの結晶は、私たちの身の回りにある物質の性質を理解するうえで非常に重要な役割を果たしています。日常生活の中で、少しでも結晶に興味を持っていただければ幸いです。科学の世界は奥深く、面白い発見がたくさんあります。ぜひ、これを機にさらに探求してみてください!これからも文系でもわかるようにカンタンに解説していきます!エックスも始めたのでフォローとチェックをお願いします!

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