化学講義(5)原子の結合

CE & RTコースでは5月最後の化学講義です．78名出席(履修者85名)．

前回の講義に対するコメントの一括紹介

前回の出席用紙の自由記入欄に書いてもらった内容を紹介しました．すべてを読み上げて紹介しきれないのでスクリーンに投影しました．

この中からいくつかを選んで紹介しました．

• 2009年5月20日のエントリー参照．

原子1個の質量に関する回答

動画:ナトリウム大量に湖に投下→ドッカーン!

アルカリ金属と水との反応が予想以上に好評だったので以下の動画を紹介しました．第二次世界大戦中にアメリカが蓄えていた金属ナトリウムが終戦とともに不要となり，これを処分するために湖に投げ込んで行くという内容です．投棄された金属ナトリウム量は約9,000 kg．

湖水がもともとアルカリ性のため魚は住んでおらず，環境破壊にもならなかった模様です．

またおもしろい動画だった．

バクハツ系の動画にリクエストがたくさん来ているのですが，そうそうバクハツシーンのネタがあるわけでもありません．

周期表の復習

• 族に注目して眺める→希ガス，ハロゲン，アルカリ金属，アルカリ土類金属+α
• 典型元素と遷移元素に分けて眺める
• 金属，非金属，メタロイドに分けて眺める

原子の結合(p90)

ここから教科書4章になります．教科書には以下のようなことが書かれています．

塩素とナトリウムは，両方とも非常に反応しやすく，生体組織にとって極めて危険な元素である．しかし，塩素ガスを入れた容器に新しく切ったナトリウムの小片を落として，容器を温めたとしてみよう．ただちに化学反応が起こって，白い粉末ができるのがみられるだろう．この反応の生成物は塩化ナトリウム(NaCl)である．

----- 生命科学のための基礎化学 無機物理化学編 p91

この反応の動画を上映しました．JSTが公開している教育用コンテンツです．

• ナトリウムと塩素の反応 〜塩化ナトリウムの生成〜

教科書では反応をはやく進めるために温めると書いていますが，動画では実験を室温で行い，再生速度を速めることによって変化を分かりやすく説明しています．

原子と原子の結合として以下の3通りが考えられます．

• 金属原子+非金属原子→イオン結合→イオン性物質(p92)
• 非金属原子→共有結合→分子性物質(p97)
• 金属原子→金属結合→金属(教科書には載っていない)

また，以下のような結合もあります．

• 水素結合(p107)
• 配位結合(p318)

オクテット則

原子番号1番から22番あたりまでの元素から成る化合物の組成予測に便利な法則が「オクテット則」です．これは最外殻軌道に電子が8個入った状態，すなわち希ガスの電子配置になりたがる傾向のことです．

当たり前にやってきたことにオクテット則という名がついているのを初めて知った．

次からは「いちばん外側の殻に電子を8個揃えるアレ」と呼ばずに済みますね．

イオン結合

たとえば塩化ナトリウムの場合，

• Naがe^-を1個放出してNa⁺になる．このときNa⁺の電子配置はNeと同じパターンになる．
• Clがe^-を1個獲得してCl^-になる．このときCl^-の電子配置はArと同じパターンになる．
• Na⁺とCl^-とが電気的に引き合い，イオン結合ができる．

イオン結合により生成される物質は結晶格子と呼ばれる三次元構造を持ちます．

格子の名前とかはやらないのですか．

結晶格子にはさまざまなパターンがあり，それぞれに名前も付いているのですが，ここの紹介はパスしました．しかし画像として見ておくことにも意義があるので，適当な画像を探して次回紹介しましょう．

食塩が出てきたので149 mMの食塩水が体液と浸透圧のつりあったものだという話をしました．この濃度の食塩水なら鼻洗浄に使っても痛みを感じないという話をしたところ，以下のようなコメントが．

花粉症なので水に食塩を入れて鼻内洗浄は来年やりたいと思った．ハウスダストにも効くなら年中やることになりそうだと思った．

鼻洗浄はあくまでも洗浄なのでアレルギーを抑える効果は期待できません．イライラして鼻を洗いたくなったとき，水道水よりは食塩水の方が良い，という程度のものです．

共有結合(p97)

希ガスが安定した形と言われていて，イオンが希ガスになろうとするのは理解ができます．しかし，希ガスは希ガスできちんと元素があるのに，今日の例で言えばNaのように電子e^-が取れて希ガスになったのでそれでOKと言われましたが，ネオンの配置で安定してても，それはNaなのですか?

Naがe^-はずれてNeの配置のNaということですか?

今までそれで理解しているつもりでしたが，ふと疑問に思ったので答えてくださるとありがたいです．

Naからe^-がはずれてNa⁺になったとき，電子配置はNeの電子配置と同じものになります．この状態はNaでもなければNeでもなく，Na⁺という状態です．イオン結晶中ではNaがこうした状態になっている，という意味です．次回もう少し詳しく説明しましょう．

F-FをNeの電子配置というのはNeと電子数が同じだからですか

そうです．最外殻の電子数が8個だからです．

ルイスの点電子図(p95)

価電子を点であらわす便利な方法です．

点の振り方は次のとおり

• まず1個ずつ元素記号のまわりに4個までひとまわり
• 次に2個目をひとまわり

眠気覚ましのミニテスト

塩素分子を点電子図，結合図，化学式で書いてみよう．

動画:水素+酸素→水

• 水素の燃焼

これもJSTの教育用コンテンツ．

自由記入欄から

化学式を出さないで下さい

化学式いっぱい使って下さい．

上記，相反する二通りのリクエスト．

マイクの感度上げるなり，何か対策はありませんか?

エアコンの音と相まってすごくこもってきこえます．

マイクの音がたまにききづらかったです

声がきこえにくい

もうちょっと調整してみます．

とてもわかりやすく，楽しい授業でした．

次回も乞期待．

特にない

次回予告

「原子の結合」の続きをやります．

リンク

www.tnojima.net
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生命科学のための基礎化学―無機物理化学編