はじめに
さぁ、今回は物質の分類について話を進めて行こう。
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綺麗な海だろう。三重県熊野市の海岸に広がる七里御浜という21世紀に残したい日本の自然百選の一つに選ばれる絶景スポットだ。そしてもう一つ見てもらいたいものがある。コップに入った水だ。こちらには、混じりっ気のない純粋な水が入っていると思ってくれ。
さて、この海水とコップに入った水、何かが違うはずだ。みんなもわかっているはずだ。例えば海水の水は、しょっぱいだろう。何が入っているからなのか。そう、食塩が入っているからだ。海水にはNaClという物質が入っているんだったな。
さぁ、この海水で分かったことは、水の中に、何か他の物質が混ざっていることだ。化学と言うのは、こういう混ざったものが一体何から出来ているのかというところから始まっているんだ。今回の講義ではこういったところを見ていくことにしよう。
１．混合物・純物質、原子・元素、単体・化合物の言葉の意味を理解
さて、まずは純物質と混合物について話を進めて行こう。
さっきの海水の話の続きだが、海水には塩の他にも、いろんな物質がたくさん含まれている。どんな物質が含まれているのか、考えるだけでも時間がかかってしまうから、ここからはわかりやすく塩だけが溶けた水、食塩水について考えていくことにする。
この食塩水、どうやって出来ているかを皆は知っているだろう。そうだ、まず粉の塩、食塩を準備して、それを水に振りかけて溶かすことを考えるだろう。それでいいのだ。この食塩と水は、他に何も混ざっていないものなのだ。一方、こちらの食塩水は、食塩と水が混ざったものだ。今、こうして混ざったものと混ざっていないものが分類されたことになるのだ。
まずこの混ざったもの、化学の世界では、混合物といって、何種類かの物質が混ざった物質と定義されている。それに対して、水と食塩、混じりっ気のないピュアで純粋な物質と言うことで、こちらは純物質と呼び、他の物質が混ざっていない単一の物質と定義されるのだ。まず、この言葉の意味をしっかりと押さえてもらいたいのだ。
もしかしたら、ここで「いやちょっと待ってくれ」と、疑問に思う人が出てくるかもしれない。
水って化学式で書くとH2Oと書くではないか？Hは水素、Oは酸素だから、水は水素と酸素が混ざった混合物じゃないかと思った人がいるかもしれない。
このような疑問を持った人たちよ。君たちはとてもいいセンスをしている。そうなんだ。確かに、水は水素と酸素から出来ている。しかし、化学では水は純物質に分類されるんだ。これを説明するために、ここで大切な言葉の説明をしておきたい。
水の水滴を半分に分けて、それをさらに半分に分けるという具合に、水をどんどん小さくしていくことをイメージしたまえ。そうするとあるところで、水は、水素と酸素に分けられる。
１００年以上前までは、水素と酸素はこれ以上、分けられないもの粒子であると考えられていた。そこで、当時の人たちは、この物質を構成している基本的な粒子のことを原子と呼ぶことにした。ちなみに原子とは英語でatomと書くが、その語源は、ギリシア語のこれ以上分けられないという意味に由来する。
自然界にはとても多くの物質が存在しているが、それらの物質を構成している原子は、水を構成している、水素原子、酸素原子の他に、自然界には約９０種類あることが知られている。この物質を作っている原子の種類のことを元素という。この先、元素は元素記号を使って表されることになるが、それはまた別の機会に話をすることにしよう。
２．物質を混合物・純物質、単体・化合物に分類して整理
さて、ここで本題に戻ろう。今、水が純物質に分類されるということについて話をしていたんだったなぁ。実は、純物質は、純粋な物質であると言っておきながら、化学ではさらに単体と化合物という２種類に細かく分類されているんだ。単体と言うのは、純物質の中でも、水素や酸素のように１種類の元素から出来たもの。水素なら水素だけが単独で集まった物体とでも理解しておけばいいだろう。それに対して、水のように、水素と酸素が化学的に結合して一体となったものを化合物という。
この時、水素と酸素は混ざっているのではなく、化学的な力によって結び付いて一体となっているから、この一体となったものだけが唯一存在するということで、これも純物質に分類される訳だ。
ここでもう一度確認しておこう。
物質を構成している粒子のことを原子と呼び、原子の種類のことを元素と呼ぶ。そして１種類の元素からできた物質を単体、２種類以上の元素が化学的に結合したものを化合物、そして、単体や化合物だけからできた物質を純物質というのだ。この純物質が２種類以上混ざったものが混合物だ。
３．物質の分類の問題を解いてみる
それでは、この練習問題にチャレンジしてみよう。
例題１：次のうち混合物はどれか。
（１）蒸留水 （４）硫酸マグネシウム
（２）ガソリン （５）メタノール
（３）塩化ナトリウム
それぞれを混合物と純物質に分類してみよう。
混合物と純物質を分類するときのポイントは、単一の化学式で表現できるものが純物質で単一の化学式で表現できないものが混合物だ。
たとえば蒸留水は、水だけが含まれていると考えるとH2Oとかける。したがって、蒸留水は純物質だ。では、（２）のガソリンはどうだろうか？
教科書を調べても、ガソリンに関する情報は見当たらない。さて、困った。そんな時は、ガソリンでネット検索だ。
検索画面からWikipediaを選択すれば大体は事足りる。Wikipediaを開くと膨大な情報が掲載されているが、すべてに目を通す必要はない。今、我々が知りたいのはガソリンが混合物、純物質のどちらであるかだ。
そこで、必要な情報を探っていくと・・・どれどれ。ガソリンは常温において無色透明の液体で、揮発性が高く、臭気を放つ。主成分は炭素と水素が結びついた、炭素数4 - 10の炭化水素の混合物で、密度は一般に783 kg/m3である。
ここにガソリンは混合物であると書いてある。ガソリンは主に炭素と水素から出来ているんだなぁ。まぁ、今はそのくらいのことを知っておけばよい。ガソリンのことをたくさん知りたいガソリンマニアの諸君は、しばらく記事に没頭するのも悪くはないがな。とまぁ、こんな感じで続きに行くのだ。
（３）塩化ナトリウムは食塩の主成分でNaClと書けるのだったなぁ。ということで、これは純物質だ。そして、（４）硫酸マグネシウムはMgSO４、メタノールはCH3OHと書けるから純物質だ。したがって、この問題の答えとなる選択肢は（１）のガソリンとなる。これは実際に危険物の試験で出題された問題だ。
危険物の試験では、高校の教科書に載っていない物質が登場することがある。しかし、こうして検索して調べる癖をつけておけば恐れるに足りないのだ。
今日の講義はここまでとしておこう。それでは、皆の検討を祈る。
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