分子について

質問

希ガス元素以外の常温で気体の最小単位は「分子」ということで、これまで何の疑問もありませんでした。しかし、ここにきていくつか疑問に思うことが出てしまいました。
（１）Ｎaなどの金属は通常固体として存在しその最小単位は「原子」ですが、仮に高温にして気体になった場合にはその最小単位は「分子」となるのでしょうか？
（２）Ｎaなどの金属が気体になった場合も「気体の状態方程式」に従うのでしょうか？金属の気体ではその粒子（最小単位が原子なのか分子なのかわからないので、粒子とさせていただきました）は重いので、その他のＯ2やＮ2、Ｈ2などの分子が飛び回る速さよりも遅くなり、同温、同体積において圧力が小さくなるのではないか？したがって「気体の状態方程式」に従わないのではないか？と思っているところです。
（３）Ｏ2やＮ2、Ｈ2などは常温で気体ですのでその最小単位は「分子」ですが、もし液体や固体になった場合もその最小単位は「分子」なのでしょうか？それとも気体ではないのでその最小単位は「原子」になるのでしょうか？
　おかしな疑問かもしれません。宜しくお願い致します。

回答No.2

noname#160321 · ベストアンサー

毎度お世話になります。
>>(1)高温にして気体になった場合にはその最小単位は「分子」となるのでしょうか？
金属は通常分子を持ちません。あるとすればクラスターと呼ばれる数個から数十個の原子が集まった小粒子で、ナノテクノロジーの分野です。
ナトリウムの沸点：883℃、カリウムの沸点：760℃、鉄の沸点：2750℃、銅の沸点：2595℃、みな単原子です。
>>(2)金属の気体ではその粒子は重いので
原子量(重さ）は基準になりません。ナトリウムは原子量23｛正しくは22.9897677 (10)、最後のカッコ内は最後の二桁の信頼度の範囲｝。クリプトンはは希ガスで原子量78, 80, 82, 82, 84, 86の混合物で平均原子量83.798(2)｛組成比も揺らぎがあるので有効数字が小さい｝、と重いです。金属元素は接触している範囲の原子全てが最外殻電子を共有する「金属結合」で強固に結ばれています。
ナトリウムもガス状態で十分温度が高ければ理想気体に近くなります。これは＃１様の指摘される水と同様。
>>Ｏ2やＮ2、Ｈ2などは常温で気体ですのでその最小単位は「分子」ですが、もし液体や固体になった場合もその最小単位は「分子」なのでしょうか？
最小単位は分子です。分子が互いにその境を無くして例えば金属になる事は困難です。ただし水素は高圧極低温で金属水素になります。(金属水素でサーチしてみて下さい)水の場合、比較的室温に近い低温、高圧で氷の中の水素が酸素との水素結合と共有結合の差が無くなることが十年ほど前に明らかにされています。

補足

いつもいつも本当にありがとうございます。
　「金属は通常分子を持ちません。」→これは金属は気体になっても分子に成らないうことですよね。アボガドロの法則で「すべて気体は分子から成り・・・」という法則に反する気がするのですが。
　宜しくお願い致します。

回答No.4

daidou

こんにちはNo.１です。

＞アボガドロの法則で「すべて気体は分子から成り・・・」
なるほど。

No.３の方も仰るとおり、単原子分子という事ですね。
つまり分子は必ずしも複数の原子で構成されるとは限らない。ということです。
原子一個の分子もあるという事。

＞FeやCuなどの金属が気体になるほどの高温状態
＞Ｏ2やＮ2、Ｈ2などの分子が飛び回る速さよりも遅くなり…

う～ん
まず、金属を気化させる場合、相当の熱エネルギーを加えてやる必要があります。
そして気化した金属原子はその熱エネルギーに相当する運動エネルギーを持って気体として振舞うことになります。

言い換えれば、「気体の状態方程式」に従えるだけの運動エネルギーを熱によって与えられなければ、気化できない。という事でしょう。
（専門的にはもっと難しいんでしょうけどね）

回答No.3

noname#160321

>>アボガドロの法則で「すべて気体は分子から成り・・・」という法則に反する気がするのですが。
私の表現が悪かったですね。たとえば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガス(18族)は原子1つだけで分子を構成しています。このように1つの原子だけで構成されている分子を「単原子分子」と呼びます。なお原子状のNa「分子」は酸素があるとすぐ酸化されちゃいますが。^^

回答No.1

daidou

あまり詳しくはないんですが、ヒントにでもなれば…

常温で固体の物質が融解して液体になったり、気化して気体になったりすると、その物理的な特性は液体や気体の法則に従います。

これを「相の変化」などと呼びますが、一番判りやすい例はＨ2Ｏつまり水でしょう。
氷・水・水蒸気と相がかわると、当然その物理的な運動特性などは、固体・液体・気体のものに従います。
金属が気体化した場合でも同様です。

気化した分子（あるいは原子）の質量が大きくとも、気化させる際に加えた熱エネルギーを運動エネルギーとして保有しています。
（２）の同温・同体積あたりのという面で言えば、同温ではそもそも気体として存在できないので、前提として考え方を変えなければいけないですね。

また固体・液体・気体での最小構造が何であるかということは、その物質の化学的な特性によって違います。
水であれば凍ってもＨ２Ｏですし、気体でもＨ２Ｏです
水銀などは常温液体の金属ですが、これは最小構造は原子であり、気化しても原子です。

基本的に物質の最小構造は分子であるが、原子１つで形成されている分子も存在している、位に解釈すればわかりやすいのではないでしょうか

補足

ご回答ありがとうございます。
　「同温ではそもそも気体として存在できないので、前提として考え方を変えなければいけないですね。」→FeやCuなどの金属が気体になるほどの高温状態を考えています。FeやCuなどの金属が気体になっても気体の状態方程式に従うのか疑問に思っているところなんです。
　「水銀などは常温液体の金属ですが、これは最小構造は原子であり、気化しても原子」→アボガドロの法則で「すべて気体は分子から成り・・・」という法則に反する気がするのですが。
　ぜひ、宜しくお願い致します。