元素と単体・成分元素の検出
「酸素」という言葉が元素を指す場合と単体を指す場合があります。違いをはっきりさせ、元素を実験で検出する方法も学びます。
基本知識
元素は物質を構成する基本成分の種類を表す概念です。たとえば「水(H2O)は水素と酸素の元素からできている」というときの「酸素」は元素を指します。
これに対し単体は具体的な物質(O2、H2、Feなど)を指します。「酸素を集気びんに集めた」というときの「酸素」は単体(O2)です。
現在、約118種類の元素が知られています。各元素は元素記号(H、O、Na、Feなど)で表されます。実験で含まれる元素を特定する代表的な方法が炎色反応です:
Li=赤、Na=黄、K=紫、Cu=青緑、Ca=橙赤、Sr=深紅、Ba=黄緑。
元素（物質を構成する基本成分の種類。約118種類）
元素記号（元素を表すアルファベット記号。H、Cなど）
単体（1種類の元素からなる具体的な物質。O2、Fe）
炎色反応（金属を炎に入れたとき特有の色を示す現象。Liは赤）
沈殿反応（特定のイオンが結びついて沈殿を作る。Cl-+Ag+→AgCl白）
同素体（同じ元素からなる単体で性質が異なる。O2とO3、ダイヤと黒鉛）
深掘り (背景・意義)
同素体は元素単元の重要トピックです。代表例:
・炭素 C: ダイヤモンド、黒鉛(グラファイト)、フラーレン(C60)、カーボンナノチューブ。
・酸素 O: 酸素O2、オゾンO3。
・硫黄 S: 斜方硫黄、単斜硫黄、ゴム状硫黄。
・リン P: 黄リン(白リン)、赤リン。
同じ元素から成るのに性質が大きく異なるのは、原子の結合の仕方が違うためです。たとえばダイヤモンドは硬く絶縁体、黒鉛は柔らかく導電性があります。
炎色反応は花火の色付けにも使われ、Sr(深紅)、Ba(黄緑)、Cu(青緑)などが組み合わされています。沈殿反応はイオンの検出に不可欠で、塩化物イオンには硝酸銀(AgCl白色沈殿)、硫酸イオンには塩化バリウム(BaSO4白色沈殿)を使うのが定番です。
- 元素＝基本成分の種類、単体＝具体的な物質
- 元素記号は約118種類
- 炎色反応: Li赤・Na黄・K紫・Cu青緑・Ca橙赤・Sr深紅・Ba黄緑
- 同素体＝同じ元素・違う構造の単体
- 炭素の同素体＝ダイヤ・黒鉛・フラーレン
- 沈殿反応で元素を検出(Cl-とAg+)
- 同素体は性質が大きく違う(ダイヤと黒鉛)
注意点 (混同しやすい)
① 元素(成分の種類)と単体(物質)は厳密に区別する。文脈で判断。② 同素体(単体同士、構造違い)と異性体(化合物同士、構造違い)を混同しない。③ 炎色反応の「Sr=深紅」と「Ca=橙赤」は近い色だが別。④ 沈殿反応では陰イオンを検出するための試薬と陽イオンを検出するための試薬を選び分ける。
練習
- ナトリウムの炎色反応は何色か。
- 炭素の同素体を3つ以上挙げなさい。
- 塩化物イオンCl-の検出にはどの試薬を加えるとよいか。