10 化学結合
物質を構成している原子と原子の結びつきを化学結合という。
10－１ イオン結合
イオン結合……陽イオンと陰イオンが静電気的な引力（クーロン力）によって互いに引き合って生じた結合である。
一方の原子から他方の原子に電子が完全に与えられている。
１9１6年Kosselによって提唱された。
ナトリウム原子 Na→Na
＋+
ｅ
- １個の価電子を失って１価の陽イオンになろうとする傾向がある。
塩素原子 Ｃｌ＋ｅ-→
Ｃｌ
－ 価電子が７個であり，他から電子１個を受け取り，１価の陰イオンになろうとする傾向がある。
塩化ナトリウムの結晶はこのNa
＋とＣｌ
－
が交互に規則正しく並んで静電気的な引力により結合している。
イオン結合の強さは両イオン間の電荷の絶対値の積に比例。距離に反比例。
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NaF |
NaCl |
NaBr |
NaI
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MgO
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CaO
|
SrO
|
BaO
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| イオン間距離 |
2.31 |
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| ｴﾈﾙｷﾞｰ(kcal/mol) |
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融点（℃）
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| NaF NaClNaF NaBr NaI ・MgO ・CaO
・SrO ・BaO ・ |
2.３１ 2.76・2.9１・3.１１・2.05・2.39・2.53・2.75・ ・
2１5 １8４・ １76・ １6４・ 9４0・ 8４2・ 79１・
7４7・
988 800・ 7４0・ 660・2800・2572・2４30・１923・
|
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|
格子エネルギー：イオン結合によってできている結晶をばらばらのイオンにす るのに必要なエネルギーを格子エネルギーという。 単原子イオンのイオン半径・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・イオン ・Li
+
・Na
+ ・ K+ ・Mg
２＋・Ca
２＋・ F- ・Cl-
・O
２－ ・S2- ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・半径（ ）・0.90・１.１6・１.52・0.86・１.１４・１.１9・１.67・１.26・１.70・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ イオン結合からなる化合物 金属性（陽性）の強い元素と非金属性（陰性）の強い元素との化合物の多く は，イオン結合からなる。 金属元素と非金属元素との化合物の多くはイオン結合からなる。 問い１ 次の各化合物中の陽イオンおよび，陰イオンは，どの希ガスの原子と同じ電子配置になっているか。 フッ化カルシウム 硫化マグネシウム問い２ 酸化カルシウムの結合ができるようすを価電子で示せ。 ９－２ イオン結晶 イオン結合でできた結晶をイオン結晶という。 結晶格子 結晶をつくっている粒子が規則正しく配列されている構造を結晶格子という。 イオンからできている格子をイオン格子という。 イオン結合によってできていう物質をイオン性物質といい，イオン性物質の 多くは常温・常圧では結晶となっていて，イオン結晶である。 単位格子……基本的な最小の配列。 配位数…各原子に隣接する原子の数。 ＭＸ型 ① 塩化ナトリウム型格子 例：NaCl，KCl，MgO
Na
＋の配位数は６ である。 Cl
－
に比べて Na
＋
が小さい。 塩化ナトリウムの結晶格子 半径比：0.４１４～0.732問い３ 単位格子中に含まれるNa
＋とCl
－の配位数はいくらか。 ② 塩化セシウム型格子 例：CsBr，NH
４Br Cs
－の配位数は８
である。 塩化セシウムの結晶格子 半径比：0.732～１問い４ 塩化セシウムの結晶において，Cl
－
の配位数はいくらか。 ③ 閃亜鉛鉱型 例：HgS，CdS 配位数４ 半径比 0.225～0.４１４④ ウルツ鉱型 例：ZnO，ZnS 配位数４ 半径比 0.225～0.４１４ ＭＸ２
（Ｍ２Ｘ）型① フッ化カルシウム型格子 例：SrF２，SrCl２，BaF２
配位数 Ca
２+について８， F
－について４ 半径比 0.73以上② ルチル型 例：MnO
２，ZnF
２
配位数 Tiについて６，O
２について３ 半径比 0.４１～0.73イオン結晶の性質① 固く，融点が高い。② 結晶の状態では電気を通さないが，加熱融解した状態では通す。③ 水に溶解する場合には，その水溶液は電気をよく通す。 ９－３ 共有結合 「化
学結合をあらわす一本の線には，多くの発見の喜びや失望とともに歩んだ化学の歴史がこめられている。この棒は二つの電子の対からできた共有結合を表すこと
は明らかであるにしても，その真の意味は決して単純ではない。二つの原子ＡとＢとからできた二原子分子 Ａ－Ｂ において，原子ＡとＢとが一つずつ電子を
出し合うということは，単に二つの原子がある距離に近づいてその電子密度の分布が重なるだけではなく，電子が原子の部分から吸いあげられてＡＢ間の領域に
ためられることを意味する。」福井謙一「化学反応と電子の軌道」（丸善） 同じ元素間の原子の結合 非金属元素どうしの結合 ●●● 実験１0 分子模型 ●●●
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・実施日 年 月 日 曜日 限，場所（ 教室）・
・天気（ ），室温（ ℃），湿度（ ％），気圧（ mmHg）・ ・班 （ 班），共同実験者（
）・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・目的 分子模型を組み立て，分子を立体的にとらえ，分子式，構造式など
の理解 を深める。準備 分子模型セットＡ．原子間の結びつきの簡単な分子 方法 １.
表に示す物質の分子模型を組み立て，表を完成する。 ２.
各原子の球で，ボンドを差し込むのに使う孔の数は次のようにする。 水素原子 ，塩素原子 ，酸素原子 ，窒素原子 ，炭素原子 水色 青色 赤色 青色 黒色・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・水素 ・塩化水素 ・水 ・アンモニア・メタン ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
分子式 ・ ・ ・ ・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・ ・ ・ ・ ・ ・・立体図 ・ ・ ・ ・ ・ ・・
・ ・ ・ ・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・ ・ ・ ・ ・ ・・構造式 ・ ・ ・ ・ ・ ・・
・ ・ ・ ・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・考察
１. 分子模型でみると，（ ）と（ ）の分子は直線状 で，（ ）の分子は二等辺三角形である。 ２.
（ ）の分子は背の低い三角錐の形をしており，（ ） の分子は正四面体になっている。 ３.
２.の２種の分子のように（ ）的な構造をもつ分子でも，分子内 の原子の結びつきを表す構造式では，平面的に示されるようになる。 Ｂ．原子間の結びつきの複雑な分子（炭素原子，酸素原子を含む分子） 方法１.
表に指示されているボンドの数，原子の種類と数にしたがって分子模型を組 み立て，表に記入する。・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・ﾎﾞﾝﾄﾞ
・ ﾉ種類･数・立体図 ・構造式 ・分子式 ・物質名 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・
２
・酸素原子２・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・ ・炭素原子１・ ・ ・ ・
・・ ・
４
・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・酸素原子２・ ・ ・ ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・ ・炭素原子２・ ・ ・ ・
・・ ・
６
・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・水素原子４・ ・ ・ ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・考察１.
酸素原子が２個結びついたものが（ ）であるが，酸素原子２ 個を結びつけるのに，ボンドを１本だけ用いると，２種類の酸素原子はそれぞ れ
さらに（ ）個の水素原子を結びつけることができる。しかし，実際に は水素原子は結びついていないのであるから，水素原子などが結びつかないよ う
な分子模型を考えなければならない。それは２個の酸素原子間に（ ） 本のボンドを用いると解決する。 ２.
酸素分子の場合と同じようなことが，（ ）原子と（ ）原子間の 結びつき，（ ）原子どうしの結びつきにもいえる。このような結びつ きを二重結合という。 共有結合 互いに価電子１個を共有しあうことによって，互いの最外殻が閉殻となり，それぞれが安定となる。このように価電子のいくつかを互いに共有しあう結合を共有結合という。 ① 水素分子の形成 １Ｈ……Ｋ１ Ｈ ＋ Ｈ→Ｈ：Ｈ ２つの水素原子が近づくと，一方の原子の電子は他方の水素原子の原子核 に引き付けられる。このようにし２つの原子間に２個の電子が共有され，結 合が生じる。 ② 塩素分子野形成 塩素原子の例 Ｋ Ｌ Ｍ １7Ｃｌの電子配置……２，８，７ （電子１個を受け取るとＡｒと同じ電子配置で安定となる。） ‥ ‥ ‥ ‥ ：Cl ＋ Cl： → ：Cl：Cl: ‥ ‥ ‥ ‥ …不対電子 ：…共有電子対 ：，‥ …非共有電子対 （孤立電子対） 不対電子……電子式中の対になっていない電子対 共有電子対……共有結合により不対電子が対になった電子 非共有電子対……共有結合に使われていない電子 ③ 塩化水素分子の形成 電子式と構造式 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
物質名・メタン ・アンモニア・水 ・二酸化炭素・窒素 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
分子式・ ・ ・ ・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・ ・ ・ ・ ・ ・・電子式・ ・ ・ ・ ・ ・・
・ ・ ・ ・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・ ・ ・ ・ ・ ・・構造式・ ・ ・ ・ ・ ・・
・ ・ ・ ・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 単結合 二重結合 三重結合 価標 構造式……分子の構造を平面的に記したものである。 配位結合 共有電子対が一方の原子から供給されて，共有結合と同じ構造の結合が形成される。このような結合を配位結合という。 ① アンモニウムイオンの形成 ② オキソニウムイオンの形成 共有結晶 共有結合が無数に連なっている物質。 ダイヤモンド，ケイ素，炭化ケイ素，石英 問い５ フッ化水素ＨＦの分子内には，共有電子対および非共有電子対がそれぞれ何組ずつ存在するか。 問い６ 塩素Cl２とシアン化水素HCNの電子式と構造式をかけ。 ９－４ 分子の極性 電気陰性度 原子が化合物を構成している場合，その原子自身が電子を引きつける傾向を その原子の電気陰性度という。電気陰性度が大きい原子ほど化合物中では周 囲の原子から電子を引きよせて陰性になる傾向が強い。 ポーリングの方法 結合エネルギーから。 マリケンの方法 イオン化エネルギーと電子親和力の平均。イオン化エネルギーが大きい と陽イオンになりにくいから電気陰性度は大きく，電子親和力が大きい と陰イオンになりやすいから，電気陰性度も大きいと考える。 ポーリングの値で，電気陰性度の差が1.7
以上の結合の多くはイオン結合， それ以下は共有結合と考える。 結合Ａ－Ｂの部分イオン性は電気陰性度の差に比例することから，双極子 モーメントの実験値から，部分イオン性と電気陰性度の差の関係を示すなめ らかな曲線を求め，実験値にもっともよくあわせようと努力が行われた。 HannayとSmyth(1946)
によって行われたそのような例は，次式で示される。 部分イオン性＝0.16(χB－χA)
+ 0.035(ЕχB－χA)2 図 Hannay-Smyth
の式を用いて得た部分イオン性と 電気陰性度差｜χA－χB｜との関係。実験値は実線。
「イオン性の他の尺度にもとづいた種々の‘競争相手’の曲線が提案されて いる。しかしこれらの関係に関する多くの近似と理論的な不確実性があるこ
とを考えれば，はたして単純な直線で結ぶ以上の何かが得られたか，疑問で ある。電気陰性度は，多少似た一系列の化学結合の傾向を半定量的に考察す
るときにだけ役立つ。」R.ﾏｯｸｨｰﾆ「クールソン化学結合論」上p.185(岩波） （Ｈ） Ｐ Ｃ Ｉ Ｓ Ｂｒ Ｃｌ Ｎ Ｏ Ｆ ヒッ プ ショー す ばら しぃ の お ふ 2.1
2.1 2.5 2.5 2.5 2.8 3.0 3.0 3.5 4.0 Ｆ Ｏ Ｎ Ｃｌ Ｂｒ Ｃ Ｓ Ｉ Ｈ Ｐ フォ ン クル ブロ 炭 す い ヒップ 表 電気陰性度と周期性 （ポーリングの値による） 極性……電気的にかたよりがある結合を極性があるという。その極性が分子全 体にわたって生じるか生じないかは，電気陰性度の差と分子の形による。 極性をもたない分子を無極性分子，極性をもつ分子を極性分子という。 異種原子間の結合では，電気陰性度の大きい原子のほうへ電子分布がかたよ るため，結合に極性が生じる。 δ+
δ- Ａ－Ｂ （電気陰性度は Ｂ〉Ａ） 同種分子間の結合では，電子は両原子核に均等に分布するため結合に極性は ない。 分子の形 直線形 H2，O2，HCl，HCN，CO2
Ｖ字形 H2O，H2SSO2 平面三角形 BF3，BCl3
三角錐形 NH3，PH3 正四面体形 CH4，CCl4，SiH
4 正八面体形 SiF6 問い７ 上の分子を無極性分子と極性分子に分けよ。 無極性分子 極性分子 問い８ フッ化水素，塩化水素，臭化水素，ヨウ化水素のうち，最も極性の大きい分子はどれか。 問い９ 二酸化炭素CO2は無極性分子であるが，二酸化硫黄SO2は極性分子である。それぞれの分子の形にどのような違いがあるといえるか。 ●●● 実験11 水の分極 ●●●
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・実施日 年 月 日 曜日 限，場所（ 教室）・
・天気（ ），室温（ ℃），湿度（ ％），気圧（ mmHg）・ ・班 （ 班），共同実験者（
）・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・目的 水が極性物質であることを知る。 準備 アクリル製定規方法1.
アクリル製の定規を衣服でよくこすり，滑らかに流れている水道水に近付け る。［観察］（水道水の変化） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ９－５ 金属結合 ９－５－１ 金属結合と自由電子
金属の原子が集まると，それぞれの原子の最外電子殻が互いに一部重なったような形でつながると考えられる。この価電子は，自由に移動できる。各原子の価電
子は，共有結合のように特定の原子の間で共有されるのではなく，各電子が価電子を出し，これらの価電子がまわりの原子に共有されていると考える。このよう
な結合を金属結合といい，このときの固定されていない価電子は，結晶内を自由に移動できるので，自由電子という。 金属の性質 融点・沸点 金属の結合力はイオン結合よりは強く，分子間力よりは弱いので，沸点・ 融点もその間になる。 密度 原子核の質量数が大きいことと共有結合のように結合に方向性がないので 原子が密につまっている。 図 金属の比重 電気・熱の伝導性 Ag,Cu,Au,Al,Mg,Zn,Pt,Fe,Pb 展性・延性 金は厚さ0.000001mmの箔にすることができる。 金属光沢 ９－５－２ 合金 金属に他の金属や非金属を混ぜるともとの金属とは性質の異なる物質が得られる。このように金属元素の混合物で金属の性質をもつものを合金という。 例 黄銅～銅＋亜鉛（40%） 青銅～銅＋スズ（10～15%） 洋銀～ニッケル＋亜鉛（5～30%） ジュラルミン～Al94,Cu4,Mn0.5,Si0.3 比重2.8軽くて強い。 「敵は、たいてい一度に二門の砲をつづけざまに発射した。炸裂したときの砲弾の破片が、すごく大きいんだ。彼は、その砲撃の破片を一つぼくに見せてくれたが、長さが一フィート以上もある、なめらかな、ぎざぎざのついた金属片だった。バビット合金のように思われた。」 ヘミングウェイ「武器よさらば」（大久保康雄訳・新潮文庫）p.256 バビット合金
babbitt……すず、アンチモン、鉛、銅の軸受け用合金。 メッキ 水道栓……クロムメッキ 鉄の上にニッケルメッキをほどこしたのち，クロムメッキをする。 金メッキでも同様。銅の上にニッケルメッキをしてその上にきんメッキをする。 アルマイト アルミニウム金属を正極にとりつけ，硫酸やシュウ酸溶液の中で電気分解を行う。 アルミナの厚さは １～１μｍ 表面にできたアルミナは，六角の柱状で，それが表面をがっちりとおおっている。そこに，100～300 の径をもつ細孔があり，着色用の顔料はその中に入る。表面処理……鉄のリン酸処理，鋼板のあクロム酸処理 ステンレス 鉄＋13％クロム 鉄＋18％クロム＋８％ニッケル……18･8・ステンレス 問い10
次の各物質のうち，展性・延性を示すものはどれか。 塩化ナトリウム 銀 ダイヤモンド ９－６ 金属の結晶 金属の結晶には，面心立方格子，六方最密格子，体心立方格子がある。面心立方格子と六方最密格子は最密充填格子でいずれも74％の充填率である。 体心立方格子は68％である。 面心立方格子 六方最密構造 体心立方格子 配位数 １２ １２ ８ 単位格子中 ４ ６ ２ の粒子数 球の体積 4/3・πｒ3
「身の上に心配あるので参上しました」 球の表面積 4πｒ2
「心配ある事情」 （ｒの３乗で体積，２乗で面積……次元で判断） 面心立方格子と六方最密構造の違い
（ａ） 立方最密パッキン グ。球の最密面の凹みに２
段目を並べ，さらに３段目 を１段目球と重ならない凹
みに並べる。ａｂｃａｂｃ …の積み重ねという。面心
立方格子の体対角線に直角 の面になる。
（ｂ）六方最密パッキング 球の最密面の凹みに２段目
並べるのは（ａ）と同じで あるが，３段目は１段目の
上になる凹みに並べる。ａ ｂａｂ…の積み重ねという
。 表 金属の結晶構造 「完
全結晶ーすなわち原子配列が完全に正しく，格子に乱れがない構造の理想的な結晶を実現することこそ，半導体デバイスの高性能化を可能にする唯一の道なの
だ。それが私の信念でもある，とまでいうのはいいすぎかもしれないが，この道だけは，一歩でも深く開いておこうと考えている。」 西澤潤一「独創は闘いに
あり」（新潮文庫p.83） 問い11 面心立方格子の１辺の長さを ，粒子の球の半径をｒとして， とｒの関係式を求めよ。 問い12 次の文を読み，（ ）内を埋め，下の問いに答えよ。
固体の銅では（ア ）結合で結ばれた多数の銅原子が規則的に配列した結晶格子つくっている。この結晶の単位は立方体の８個の頂点と，６個の面
の中心に粒子がある形である。このような形の格子を（イ ）格子という。その単位格子内には，８偶にそれぞれ原子の（ウ ）個分に
相当する体積の原子が存在し，６面にそれぞれ（エ ）個分に相当する体積の原子が入っていることになる。 問い 単位格子の陵の長さを3.60×10-8cm，銅の密度を8.90g/cm3
，アボガド ロ定数を6.02×1023mol-1として銅の原子量を２桁で求めよ。 問い13 ある金属は１辺の長さが2.86×10-8cmである体心立方格子の結晶である。次の各問いに答えよ。ただし，アボガドロ定数を6.02×1023mol-1とする。 この結晶で，隣りあった２個の原子の中心間距離のうち，最も短いものは何 cmか。 いま，この金属の原子が， で求めた最短距離を直径とする球であると考え ると，この金属原子の球１mol
の体積は，結晶状態にあるこの金属１mol の体 積の何％か。 この金属結晶の密度を7.93g/cm3
とすると，この金属元素の原子量はいくら か。 ９－７ 分子結晶 分子結晶 共有結合からできた分子が集合してできた結晶を分子結晶という。 ドライアイス（CO2），ヨウ素
I2 ，ナフタレン C10H8 など。 融点が低い。昇華しやすいものが多い。 ●●● 実験12 分子結晶 ●●●
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・実施日 年 月 日 曜日 限，場所（ 教室）・
・天気（ ），室温（ ℃），湿度（ ％），気圧（ mmHg）・ ・班 （ 班），共同実験者（
）・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・目的 分子結晶の昇華を観察する。準備 丸底フラスコ，ビーカー，マッチ、三脚，金網，ガスバーナー 防虫剤（パラジクロロベンゼン）方法 1.
100 ビーカーにパラジクロロベンゼンを入れ，その上に水を入れた丸底フ ラスコをのせ，おだやかに加熱する。2.
丸底フラスコの底についた結晶を観察する。3. よく冷えてから丸底フラスコをのせたまま前に返す。4.
三脚は熱いので火傷に注意する。 分子間力 分子間にはたらく力を分子間力またはファンデルワールス力という。 分子間力による結合をファンデルワールス結合という。 分子間力は次のようなものの総称である。 配向効果 orientation
effect 極性分子どうしに働く双極子相互作用による力。 誘起効果 induction
effect １つの極性分子の双極子によって，その近くの分子に双極子が誘起され ることに基づく力。 分散効果 dispersion effect 原子核の周囲に存在する電子密度の，瞬間的な均一化に基づく力。 この力を分散力dispersion
forceという。 これらの力はすべて距離の７乗に反比例する。（ポテンシャル・エネルギーは 距離の６乗に反比例する。） 分子間力と物質の性質 極性のない構造の類似した物質（希ガス，ハロゲンなど）では分子量が大き いほど融点が高い。（分子間力が強い） 分子量がほぼ同じ物質では，極性のある物質のほうが極性のない物質よりも 融点が高い。（静電気的な引力による） 問い11 構造の類似した極性のない物質であるメタンCH4
と四塩化炭素（テトラクロロメタン）CCl4 では，どちらが融点が高いと考えられるか。 ９－８ 水素結合 電気陰性度の大きいフッ素や酸素と水素が結合すると，電子はフッ素や酸素のほうに引きよせられ，水素は部分的に正の電荷を帯びる。これと，となりの分子中のフッ素や酸素と静電気的な引力で引き合う。 水素結合は同一分子間だけでなく異種分子間でも働く。 水素結合の例 水，フッ化水素，酢酸，アンモニア，タンパク質 水とアルコール 水素結合は次の図のような分子量から予想される値よりはるかに高い値をもつ物質の沸点や融点を説明できる。 図 等電子系列に属する水素化物分子の融点と沸点 ９－９ 固体結晶の分類 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・ 結晶 ・ 化学結合・結合力 ・単位 ・融点 ・電気伝導性 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・イオン結晶・イオン結合・静電引力 ・イオン・高い ・無（融・有）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・共有結晶 ・共有結合 ・ ・原子 ・高い ・無 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・金属 ・金属結合 ・自由電子 ・原子 ・低～高・有 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・分子結晶 ・ﾌｧﾝﾃﾞﾙﾜｰﾙｽ
・ファンデル・分子＊・低 ・無 ・・ ・ 結合・ワールス力・ ・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ＊ 共有結合による分子 水素結合 錯イオン 配位結合 錯塩 結合力 共有結合〉イオン結合〉金属結合〉水素結合〉ファンデルワールス結合９－１０ 分子間の相互作用と溶解 ●●● 実験12 溶解と極性 ●●● 目的 溶解の原理のうち，極性について確認する。準備 メートルグラス，蒸留水 ベンゼン，エタノール，四塩化炭素 塩化ナトリウム，過マンガン酸カリウム，ショ糖，ヨウ素方法１．表にある各物質を試験管で混合し，結果を表に記入する。・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・ エタノール
2 ・四塩化炭素 2 ・ベンゼン 2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・水
3 ・ ・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ベンゼン
3 ・ ・ ・ ******** ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・ ・ NaCl ・ KMnO4
・ ショ糖 ・ヨウ素 ・……小さじ1/2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・水
5 ・ ・ ・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ベンゼン
3 ・ ・ ・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・ ・ 四塩化炭素
3 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・KI+I2+水
3 ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 考察 1.
極性分子，無極性分子間において溶解性はどのようにいうことができるか。 2.
エタノールが水にもベンゼンにも溶ける理由を述べよ。 3.
イオン結晶，分子結晶の溶解性についてどのようなことがいえるか。 4.
ヨウ素の溶解性についてどのようなことがいえるか。 問い12 ヨウ素は次のどの物質によく溶けるか。その理由も記せ。 ベンゼン 水 四塩化炭素 水和……溶解にさいしてイオンに水分子が結合すること。 ●●● 実験13 水和 ●●●
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・実施日 年 月 日 曜日 限，場所（ 教室）・
・天気（ ），室温（ ℃），湿度（ ％），気圧（ mmHg）・ ・班 （ 班），共同実験者（
）・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・目的 水分子が水和するとにより体積が減少することを確認する。準備 水酸化ナトリウム（固体），薬さじ，メスフラスコ 洗ビン方法 1.
約２ｇの水酸化ナトリウムを秤り，メスフラスコの中に入れる。2.
この水酸化ナトリウムが溶けないようにすばやく水を入れ，メニスカスの下 部を標線に合わせる。3.
メスフラスコを振って水酸化ナトリウムを溶かす。4. 水酸化ナトリウムが完全に溶けたらメニスカスの下部が標線に比べてどうな っているか観察する。考察1.
水酸化ナトリウムが完全に溶けてあとの水位ははじめと比べてどうなってい るか。 2.
その理由を考えよ。 ９－１１ 粒子の大きさ イオン半径 NaF
の各イオンの半径をもとに，各イオンは球であり，結晶では外接している と考えて他のイオンの値を決める。イオン間距離はＸ線の回折より求める。共有結合半径 ①同一元素の２原子分子 両原子の核の間の距離（結合間隔）の1/2 同一周期では右へ行くほど大きい。 ②異なる元素の原子 実測値は各原子の共有結合半径の和に近い。ファンデルワールス半径 希ガスの固体についてＸ線回折から得た核間距離の半分。 １ 化学結合 １－１ 次の(ｱ)
～(ｵ) の分子について下の各問いに答えよ。 (ｱ) F2
(ｲ) CH4 (ｳ) NH3 (ｴ) N2 (ｵ) H2O 共有電子対を２対もつものはどれか。記号で答えよ。 非共有電子対を１対もつものはどれか。記号で答えよ。 １－２ 次の ～ の物質が結晶状態にあるとき，Ａ群のいずれの結晶に分類されるか記号で選べ。また，各物質に最も関係の深い性質をＢ群から選び，記号で答えよ。 二酸化炭素 ダイヤモンド 水 銅 塩化ナトリウム〈Ａ群〉 ① イオン結晶 ② 共有結晶 ③ 金属結晶 ④ 分子結晶〈Ｂ群〉 (ｱ)
昇華性をもつ。 (ｲ) きわめて硬く，いちじるしく融点が高い。 (ｳ)
融点は高く，電気の良導体である。 (ｴ) 融点，沸点ともに低く，電気の不良導体である。 (ｵ)
固体状態では電気を通さないが，液体状態ではよく通す。 １－３ 次の文中の（ ）に適当な語句や化学式を記せ。
異なる種類の原子が結合する際に，各原子が電子を引き付ける傾向を相対的な数値で表したものを（① ）という。一般に（①）の差の大きい原子間の結
合は（② ）結合，差の小さい結合は（③ ）結合の性質が強くなる。（①）に差のある2原子間の結合は，電子のかたよりを生じるので，（④
）のある結合と呼ばれる。分子全体が（④）をもつか否かは分子を構成する各原子間の電子のかたよりと分子の形の２つの要素によって決まる。たとえ
ば，H2や（⑤ ）などは（⑥ ）分子であり，H2Oや（⑦
）などは（⑧ ）分子である。 １－４ ある金属の結晶構造はその単位格子が体心立方格子である。一辺の長さは4.3 である。以下の問いに答えよ。ただし， 3＝1.73とする。 体心立方格子構造の単位格子中には何個の原子が含まれるか。 この金属の原子の半径は何 か。 原子が占めている体積の全体積に対する割合は何％か。 金属結合の単位格子には他にどのような格子があるか。2つ記せ。 金属結合に由来する金属の特性をあげよ。 １－５ 次の各化合物について，下の問いに答えよ。 NaCl KCl
HCl HF HBr KBr LiCl KI ただし電気陰性度は,K
0.8 Na 0.9 Li 1.0 H 2.1 I 2.5 Br 2.8 Cl 3.0
F 4.0 とする。 イオン結合性の強いものから順に２つ選び，化学式で示せ。 共有結合性の強いものから順に２つ選び，化学式で示せ。１－６ ある純金属の結晶構造は，その単位格子が体心立方格子で，一辺の長さは，3.0×10-8cm，原子量は51である。アボガドロ定数
を6.0×1023mol-1として以下の問いに答えよ。 体心立方格子の単位格子中には何個の原子が存在することになるか。 この金属原子１個の質量は何ｇか。 この純金属の密度（g/cm3）はいくらか。 １－７ タングステンの単位格子は，２原子ずつを含むことに相当し，その１辺は3.16 であることがＸ線回折による実験で明らかになった。また，その（ ①）の測定値は19.4g/cm3であった。いま，（ ② ）と呼ばれる数Ｎを6.02
1023とする。以下の各問いに答えよ。 （ ① ）（ ② ）に適当な語句を入れよ。 この単位格子は，ア，体心立方格子，イ，面心立方格子，ウ，六方最密格子 のいずれであるか。記号で答えよ。 いま，タングステンの単位格子の１辺をａ㎝，（ ① ）をｄg/cm3，（
② ）をＮとすると，タングステンの原子量はどのような式で表せるか。 において得られた式に数値を代入してタングステンの原子量を求めよ。 有効数字３ケタまで求めよ。 １－７ 解答 ① 密度 ② アボガドロ数 ア dNa3/2 184 解答編 １９９２年度（５年） １ 化学結合 １－１ (ｵ)
(ｳ)解説：共有電子対，非共有電子対の数はそれぞれ次のようになる。 (ｱ)1,6 (ｲ)4,0 (ｳ)3,1 (ｴ)
3,2 (ｵ)2,2 １－２ ④ア ②イ ④エ ③ウ ①オ １－３ ① 電気陰性度 ② イオン ③ 共有 ④ 極性 ⑤ O2,N2 ⑥ 無極性
⑦ HCl,H2S ⑧ 極性 １－４ ２ 解説:1/8
× 8+ 1/2 ＝2 1.86 解説：4r＝1.73×4.3 r＝1.859 1.86 67.9％ 解説： 4r＝ 3･ を用いて，
4/3 πr3×2 ・・・・・・×100＝67.9％
3 面心立方格子，六方最密格子 電気，熱の良導体である。展性・延性に富む。 １－５ KCl NaCl HBr HCl 解説：電気陰性度の差は次のようになる。 NaCl
2.1 KCl 2.2 HCl 0.9 HF 1.9 HBr 0.7 KBr 2.2 LiCl 2.0 KI1.7 電気陰性度の差の大きい物質はイオン結合性が強く，差の小さい物質は共有結合性が強い。
１－６
2個 ：(1/8)
8 + 1 ＝2 8.5×10-23g ：51/6.0×1023＝8.5×10-23 6.3g/cm3
： (8.5×10-23×2)/(3.0×10-8)3＝6.29 6.3g/cm3 １－７ ① 密度 ② アボガドロ数 ア ａ3ｄＮ/2 184 (3.16×10-8)3×19.4×6.02
1023/2＝184.5 １－７ 解答 ① 密度 ② アボガドロ数 ア dNa3/2 184
