原子分子

質問

中学理科の原子分子で納得できない点があるので、教えてください。
炭素は『分子をつくらないもの』に分類されてるのに、なぜ二酸化炭素分子を作るのですか？

回答No.13

101325 · ベストアンサー

> 二酸化炭素という物質は、その性質を持つ際に分子という形を採る。
> 炭素という物質は、その性質を持つ際に分子という形を採らない。
> このように考えてよろしいですか？

はい。「分子をつくらない物質」だけを言うと誤解されやすいですから、「分子をつくる物質」と比べながら説明するのがいいと私も思います。

お礼

すっきりしました。色々ありがとうございました。

回答No.12

htms42

＃１１の内容に少し補足します。
炭素をＣで表したことの裏返しです。

「分子で存在している物質を表す時は分子式を使う」という１番目の規則についてです。

高等学校の１年生に化学反応式を教える時によく経験することです。
水素が燃えて水が出来るという反応を
Ｈ２＋Ｏ→Ｈ２Ｏ
と書く生徒がかなりいます。
なぜこのように書くのはダメなのかという理由が上に書いた規則です。

中学校でこの規則が出てくるのであればこういう式を書く生徒がもっと少なくてもいいはずだと思いますのでしつこいようですが補足に書かせてもらいました。中学校の授業でこの部分はうまく伝わっていないのではないだろうかという不安を感じました。

回答No.11

htms42

何度も失礼します。
分子の定義の件で横道にそれていました。

＞「二酸化炭素分子が存在するのに、教科書等には、分子をつくらない物質として炭素が載っているのは間違いですよね。炭素原子が二酸化炭素分子の構成材料になってるのですから。」

私はこの内容について誤りであるという回答は書いていません。
どういう文脈で書かれたものかが分からないからです。ここに回答を書いている人たちは誰も中学校の教科書を見ていないはずです。私も見ていません。手元にあるのは高等学校の教科書だけです。

あなたの言われるように化合物としての分子も含めての炭素の化合物についてであればあまりにもお粗末です。炭素を含む化合物は地球上で一番多いはずです。
単体では分子が存在しないというのであれば納得できますが元素毎の各論を中学校で扱うはずがないので「そういう断りを入れるべきだ」というあなたの意見に素直に同意するにはためらうものがあります。

今日、本屋さんに行って中学校の参考書を数冊調べてみました。あなたの言われていることが書いてある本を見つけました。書いてある意味も分かりました。

物質を化学式でどのように表すかという単元でした。

１．物質が分子で出来ているものは分子式で表す。（分子はいくつかの原子が集まって出来た、他とはっきりと区別できる塊のことです。分子式は１つの分子の中にある原子の種類と数を元素記号を使って表したものです。Ｈ２，Ｏ２，ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ，・・・のようなものです。原子のひりとが同じでも数が異なれば分子としては別のものです。ＣＨ２ＯとＣ２Ｈ４Ｏ２は別の物質です。）

２．物質の中に分子としてのまとまりのないものは最小単位を元素記号を使って表す。（鉄やマグネシウムは分子としての塊が存在しないので最小単位の鉄原子、マグネシウム原子の意味でＦｅ，Ｍｇと書きます。塩化ナトリウムには分子の塊は存在しません。ナトリウム原子と塩素原子が１：１で含まれているので最小単位はＮａＣｌとなります。）

これに続いて
「炭素にも分子としての塊は存在しないのでＣと表す」
という例が出てきます。ヘリウムも分子が存在しないのでＨｅと書くという例も載っています。

ここでいう炭素は元素としての炭素ではなくて物質としての炭素です。
炭素を燃やすと二酸化炭素が出来るというときに
Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２
と書くときのＣです。元素としての炭素が分子を作る能力がないと言っている文章ではありません。
教科書の記述が間違っているのではありません。
あなたの文脈の読み取りが間違っていたのです。

高等学校では組成式として出てきます。
中学校ではイオンが出てきませんのでＮａＣｌについては上のような表現になりました。高等学校ではイオン性物質は分子が存在しないので分子式ではなくて組成式で表すという表現になります。

物質を組成式で表す場合がもうひとつあります。
複雑な分子の場合、その構造が問題になるのでない場合は省略して間単に組成式で表すことがあります。
Ｓ＋Ｏ２→ＳＯ２
の場合のＳです。硫黄は固体でＳ８、気体でＳ２という分子になります。液体では環が切れたり、つながったりしているはずです。ややこしいので単にＳと書いているのです。炭素の場合も普通はぐしゃぐしゃしたはっきりとは大きさも形も決まらないものです。綺麗な結晶になっているダイヤモンドを実験に使う人などいません。Ｃ６０という分子がすすの中~発見されましたがごく最近のことです。Ｃ６０のサンプルを買ってきて燃やすなどというもったいないこともやりません。普通は組成式でＣと表すことで十分です。

寄り道をしたときに問題にしていたのは単原子分子の扱いです。化学では使わない言葉だとしていいです。中学校、高等学校では分子の中に入れません。分子の定義と矛盾します。参考書に分子ではない物質の例としてＨｅが出ていますのでここの回答に書いてあったことで混乱すると困ります。注意してください。高校の入試で「Ｈｅは単原子分子であるから分子が存在する」なんて考えて答えると不合格になります。
有名な物理学者が「食塩の分子が・・・」という表現を使っているから「食塩のＮａＣｌを分子式といってもいい」、「分子は存在する」なんて言っても通用しません。不合格になります。物理の人は化学結合については５０年ほど遅れているというぐらいに考えておく方がいいと思います。工学系の本でも「ＡｇＣｌの分子式」という表現をよく見ます。専門書に書いてあるから使っていいというのではありません。昔の、分子とイオンの区別があまりきちんとされていなかったときの記述がそのまま残っているのです。

１原子分子という表現はある特定の分野で分子と同じような挙動をする局面があるということで付けられた言葉です。
新しい化学辞典で「分子とみなすことが出来る」と書いてあることに注目してください。その辞典では「そういう意味では高温の金属蒸気、高温の原子状に解離したヨウ素などはやはり、単原子分子という扱いに入れることが出来る」と書かれています。原子１つで気体状態にあるものは全て同じ扱いが出来ます。Ｈｅ，Ｎｅ、・・・だけではありません。

長くなりました。
ここに書いてあることの断片をよそに持っていってまた食い違いを起こすと困るからです。

お礼

わかりました。ありがとうございます。

回答No.10

101325

教科書等に、分子をつくらない物質として炭素が載っているのは、間違いではありません。確かに、分かりにくくて誤解され易いところではあるのですけど、「炭素原子が二酸化炭素分子の構成材料になっていること」と、「炭素が『分子をつくらない物質』に分類されてること」は矛盾しません。

＃６さんの繰り返しになりますが、物質の名前、原子の名前、分子の名前、どれを指しているのかを、文脈から読み取ることが大切です。また、「物質」と「原子」を混同しないことも大切です。炭素が『分子をつくらない原子』に分類されているのならば、これは間違いになります。しかし、炭素が『分子をつくらない物質』に分類されているのは、少なくとも中学理科では間違いではないです。

学研ニューコース中２理科には、「分子をつくらない物質」の例として、「マグネシウム、銀、酸化銅、塩化ナトリウム、鉄、銅、亜鉛、炭素、ヘリウム、酸化銀」が挙げられています（88ページ）。ここでの「炭素」は、酸化銅や塩化ナトリウムと同列に並んでいることから、炭素原子ではなく、物質としての炭素、つまり目で見えるくらいに大きくて、天秤で量れるくらいに重いもの、を指していることが分かります。

なお、少し本題からはずれますが、上の例にヘリウムが入っていることから、中学理科では「単原子からなる分子」という考え方をしないことも分かります。

補足

だんだんと分かってきたように思います。
二酸化炭素という物質は、その性質を持つ際に分子という形を採る。
炭素という物質は、その性質を持つ際に分子という形を採らない。
このように考えてよろしいですか？

回答No.9

sanori

こんばんは。三たびお邪魔します。

１原子の単原子分子の説明は、事典を忠実に引用したものでしたが、
ほかを間違えていました。
失礼しました。

＃１の回答は、下記の通り訂正させてください。
・気体の Ｎｅ や Ａｒ は、単原子分子です。
・大気のほとんどを構成する Ｎ2 と Ｏ2 は、多原子分子であり、１種類の元素からなる多原子分子であることから、特に、「単体」と呼ばれます。
・違う元素同士が結合しているものも、多原子分子です。

本題は、「炭素は分子をつくらないもの」の真偽ですよね。
炭素は分子を作りますから、誤りです。

お礼

そうですよね。ありがとうございました。

回答No.8

htms42

＃５です。

＞・大気のほとんどを構成する Ｎ2 と Ｏ2 は、単原子分子です。
＞・やはり気体の Ｎｅ や Ａｒ は、原子１個の単原子分子です。
＞・違う元素同士が結合しているものは、多原子分子です。

＃５で単原子分子（１原子分子）という言葉の使い方が誤っていると書きました。Ｏ２，Ｎ２については単原子分子とはいいません。
２行目に「原子１個の単原子分子」という言葉があります。
「単原子分子＝１種類の元素で出来た分子」
と考えておられるようですね。「１種類の元素で出来ている物質＝単体」ですので「単体」の定義と混同されている内容です。
”ｍｏｎｏａｔｏｍｉｃ”というのは「原子の数が１つ」ということです。「原子の種類が１つ」という意味ではありません。それに対して、２原子分子、３原子分子、・・・、というのは多原子分子になります。Ｎ２，Ｏ２，ＨＣｌは多原子分子です。２種類以上の元素から出来ている物質は「化合物」といいます。ＨＣｌは２原子の化合物です。Ｏ３は３原子の単体です。

三省堂の物理学辞典で調べられたということですが「？」です。
化学ではあまり使わなくなっていると思います。
化学辞典の記述を見てみました。
南江堂の化学辞典（１９８１年）には
「単一の原子から出来ている分子」
とあります。これは分かりにくいです。でもそれに続く説明に
「２原子分子、３原子分子、多原子分子に対する語」
「運動が並進だけであって、回転、および、振動がない」
と書かれていますから「原子１つで出来ている」ということが分かります。気体分子運動論で出てくる自由度３の気体です。
東京化学同人の辞典（１９９４年）には
「原子１個がそのまま分子とみなしうるもの」
となっています。
「分子である」という表現は使っていません。「分子とみなしうる」となっています。

岩波の理化学辞典には記載されていません。

原子と分子、化合物と単体、同素体、・・・は高等学校の化学の教科書の最初に出てきます。かなりしつこく説明します。
塊が特定できなければ分子が存在するとは言いませんので物理の人がよく言う「ＮａＣｌの分子」という表現も誤ったものです。
ノーベル賞を貰ったワインバークの本の中にもＮａＣｌの分子という言葉が出てきます。

補足

htms42さんの内容が私には難し過ぎます。
シンプルに質問させて下さい「二酸化炭素分子が存在するのに、教科書等には、分子をつくらない物質として炭素が載っているのは間違いですよね。炭素原子が二酸化炭素分子の構成材料になってるのですから。」

回答No.7

sanori

＃１の回答者です。
念のためコメントしておきますが、
前回回答における、１原子の単原子分子の説明は、物理小事典（三省堂）を忠実に引用したものです。

回答No.6

noname#65301

私も中学の時（だったかな？）同じ疑問を持った事があります。

「炭素は分子をつくらない」

ここでの炭素は「物質」として言っており、炭素「原子」を指しているものではありません。
物質の名前、原子の名前、分子の名前、どれを指しているのか区別して考えると納得できるかと思います。

この辺をまとめてあるサイトがあったのでURLをつけておきます。

参考URL：

http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/genshi2.html

お礼

ありがとうございます。
読んでみます。

回答No.5

htms42

「原子分子」という言葉の意味がよくわかりません。
「原子・分子」のことでしょうか。
「２原子分子」のことでしょうか。
（「１原子分子」という言葉は基本的には中学理科、高校化学では使わないものだと思います。分子とは「２つ以上の原子が一定の規則で集まって出来た、他とはっきりと区別できる塊」という定義からは外れます。物理の教科書、気体のモル比熱のところで出てきます。定積モル比熱の値が３Ｒ／２になる気体として出てくるのです。等配分則は併進の自由度しか持っていない物質を出発物質として扱うと説明しやすいです。Ｈｅ，Ｎｅ，・・・は主に気体において粒子の挙動が分子と同じであるということから「分子」と同じ扱いに中に入れて考えるという例外的なものです。＃１での「１原子分子」という言葉の使い方は誤っています。）

化学結合の単元で非金属元素は分子を作るとしてＣｌ２，Ｏ２，Ｎ２、・・・が列挙されています。高校生でもたいてい、それなら「Ｃ２分子はあるのか？」という質問をします。４重結合を作れば不活性元素の電子配置を実現できるではないかと考えるのです。でも普通Ｃ２は存在しません。
中学校の教科書に書いてあるというのはこのことではないかなと思います。

岩波のジュニア新書の中にある本（題名は忘れました）に
「宇宙空間だったらＣ２はあるかもしれないが地球上ではＣ２は存在しない。たくさんのＣがあれば２つだけで結合が閉じてしまうということ出なく次々とたくさんのＣが繋がった物質が出来るだろう。」
という説明があります。

教科書には炭素の同素体としてはダイヤモンド、黒鉛、不定形炭素の３つしか書かれていませんでした。Ｃ６０が発見されたのはごく最近のことです。

補足

ありがとうございます。
初歩レベルの、中学２年の原子と分子のところです。
教科書にもそう書いてあるのです。矛盾してます。

回答No.4

Tacosan

フラーレンはどうしましょうね.

回答No.3

パんだ パンだ（@Josquin）

『分子をつくらないもの』というのは、１種類の原子では「分子をつくらないもの」ということでしょう。

１種類の元素（原子）で出来ている物質を「単体」、２種類以上の元素（原子）で出来ている物質を「化合物」といいます。
「単体」と「化合物」を区別する必要があります。

炭素の「単体」では結合する原子の数が決まっていないので、普通は分子とはいいません。
炭素の「化合物」では結合する原子の数が決まっているものが多く、それらは分子ということになります。

補足

ありがとうございます。
Ｊｏｓｑｕｉｎさんの言う通りだとすると、
『一種類の原子では分子をつくらないもの』と教科書ではかくべきですよね。