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cyn1953
高校化学の実験や授業の工夫を紹介しています。これまでに紹介されている授業・実験を検証し、よりよいものへと進化させたいと願っています。 そのために、分子模型と結晶構造模型そして実験装置の販売/受注生産をしています。安価にできる実験装置や模型作りの道具や分子模型・結晶構造模型の作り方も解説します。化学の授業で活用されることを願っていますが、家庭のインテリアとしてもご利用ください。模型や道具もできるだけ安価に提供していきます。
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アクリル 板 2mm厚 450×600mm アクリル アクリル板 プラスチック 透明 窓 パーテーション 棚 戸 扉 建具 コレクションケース ボード コレクションラック フィギュア ケース ガラス
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結晶模型表面はアクリル板をカットして作ります
2018.12.29
テーマ： 化学(351)
カテゴリ： 授業
知り合いのお子さん(10歳)から質問が寄せられました。
質問
小学生の質問は怖い。説明するには難しいことを出来るだけやさしくお答えします。
【１】まずは金属の融点を周期表からながめてみましょう
(「ダイナミックワイド図説化学」東書、原図はベンゼン屋が提供)
周期表に単体の融点を並べてみました。「1.2.12族」では縦の変化を見ると下にいくほど融点が下がっていく様子が見られます。これらは典型元素の金属です。典型元素は電子配置の影響をとてもよく受けます。
整理すると、
①１族「アルカリ金属」LI.Na.K.Rb.Csによく現れていますが、下にいくほど融点が低い。
②12族で融点が低くなり、13族から高くなる。ちょうど水銀のところに融点の谷がある。
【２】あらためて金属結合の説明をします
以下は授業で使っている金属結合のプリントです
(1)固体の金属は、金属を作る原子が集まって作ります。例えば銅Cuは
写真の立方体を単位に集まります。写真右下はナトリウムNaの原子の集まり方です。
白い球はそれぞれの原子ですが、原子核をとりまく電子の飛び回る領域を表しています。
原子は硬い球ではなく、雲のような電子(-の電荷)とその中心のとても小さな原子核(+の電荷)からできています。
この綺麗な並びは、温度が上がるとくずれて、バラバラと動き出します。こうなると液体です。
(2)(3)１つの原子はたくさんの電子（-）を持っていますが、その中の外側にある取れやすい原子が原子から離れて、金属を作る原子集団の中を動き回ります（この電子を「自由電子」といいます）。その時、電子(-)が取れた原子は、(+)の電荷を持つようになります。この＋と自由電子(-)の引き合いが、たくさんの原子を引き付け合うので、金属は固く、手に持っても形を変えないのです。
もし、原子同士の引き付け合いが弱ければ、原子はバラバラになり＝液体になってしまうのです。
【３】原子を作る電子の飛び回り方「電子配置」
(「ダイナミックワイド図説化学」東書)
水素Hは１＋の原子核とK殻に１つの電子が入ります。ヘリウムHeは２＋の原子核とK殻に２つの電子、リチウムLiは３＋の原子核とK殻に２つ・L殻に１つ、計３つの原子が入ります(K殻は２つまで、もう一つは外側のL殻にはいります)。
こんなふうに、原子核は＋の電荷が１つずつ、電子が一つずつ増えて、原子の種類が決まります。
銅Cuでは＋29の原子核に29個の電子(ー29)＝K殻からどんどん詰まってN殻まで入る。水銀Hgでは＋80の原子核に80個の電子＝N殻のずっと外側のP殻まで入る。
１つ１つの原子の大きさはK殻に一つしか電子が入らない水素に比べて、水銀Hgは５倍の大きさがあります。
予備知識はここまで、次回から金属の融点を原子の電子配置から説明していきます。
質問
「水銀って常温では液体だよね？でも金属は普通固体ばかりでしょ？でもその固体も溶ける温度って全然違うんでしょ？同じ金属の仲間でどうしてそんなに違うの？」
小学生の質問は怖い。説明するには難しいことを出来るだけやさしくお答えします。
【１】まずは金属の融点を周期表からながめてみましょう
(「ダイナミックワイド図説化学」東書、原図はベンゼン屋が提供)
周期表に単体の融点を並べてみました。「1.2.12族」では縦の変化を見ると下にいくほど融点が下がっていく様子が見られます。これらは典型元素の金属です。典型元素は電子配置の影響をとてもよく受けます。
整理すると、
①１族「アルカリ金属」LI.Na.K.Rb.Csによく現れていますが、下にいくほど融点が低い。
②12族で融点が低くなり、13族から高くなる。ちょうど水銀のところに融点の谷がある。
【２】あらためて金属結合の説明をします
以下は授業で使っている金属結合のプリントです
(1)固体の金属は、金属を作る原子が集まって作ります。例えば銅Cuは
写真の立方体を単位に集まります。写真右下はナトリウムNaの原子の集まり方です。
白い球はそれぞれの原子ですが、原子核をとりまく電子の飛び回る領域を表しています。
原子は硬い球ではなく、雲のような電子(-の電荷)とその中心のとても小さな原子核(+の電荷)からできています。
この綺麗な並びは、温度が上がるとくずれて、バラバラと動き出します。こうなると液体です。
(2)(3)１つの原子はたくさんの電子（-）を持っていますが、その中の外側にある取れやすい原子が原子から離れて、金属を作る原子集団の中を動き回ります（この電子を「自由電子」といいます）。その時、電子(-)が取れた原子は、(+)の電荷を持つようになります。この＋と自由電子(-)の引き合いが、たくさんの原子を引き付け合うので、金属は固く、手に持っても形を変えないのです。
もし、原子同士の引き付け合いが弱ければ、原子はバラバラになり＝液体になってしまうのです。
【３】原子を作る電子の飛び回り方「電子配置」
(「ダイナミックワイド図説化学」東書)
水素Hは１＋の原子核とK殻に１つの電子が入ります。ヘリウムHeは２＋の原子核とK殻に２つの電子、リチウムLiは３＋の原子核とK殻に２つ・L殻に１つ、計３つの原子が入ります(K殻は２つまで、もう一つは外側のL殻にはいります)。
こんなふうに、原子核は＋の電荷が１つずつ、電子が一つずつ増えて、原子の種類が決まります。
銅Cuでは＋29の原子核に29個の電子(ー29)＝K殻からどんどん詰まってN殻まで入る。水銀Hgでは＋80の原子核に80個の電子＝N殻のずっと外側のP殻まで入る。
１つ１つの原子の大きさはK殻に一つしか電子が入らない水素に比べて、水銀Hgは５倍の大きさがあります。
予備知識はここまで、次回から金属の融点を原子の電子配置から説明していきます。
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