高校化学の基礎

物質の構成

最終更新日: 2026-01-21 11:21:51

作成者: 塾長である

こんにちは!きみたちの化学の成績を爆上げする、カリスマ講師だ!!

今日は、化学の基礎中の基礎、「物質の構成」について一緒に学んでいこう。 送ってくれた資料(教科書の画像)、バッチリ確認したよ。これをベースに、「読むだけで授業を受けたようにわかる」最強のテキストを作っておいたからね。

この分野は、覚えることも多いけど、「なぜそうなるのか?」という理屈とセットで覚えると、受験まで忘れない知識になるんだ。

さあ、気合を入れていこうか!

【完全網羅テキスト】高校化学基礎:物質の構成と粒子

1-1 物質の成分と元素

1. 混合物とその分離

(1) 混合物と純物質

世の中の物質は大きく2つに分けられるんだ。

イメージしてみて。

スーパーで売っている「水」でも、裏のラベルを見ると「ミネラルウォーター(鉱水)」って書いてあるよね?あれは、水の中にミネラル分が溶けているから、化学の世界では「混合物」なんだ。

でも、実験室にある**「純物質としての水(蒸留水)」**は、水分子 ($H_2O$) 以外のものが一粒たりとも入っていない状態を指すんだ。

純物質の「3つの証拠」

これに当てはまれば、それは純物質だ!

  1. 化学式1つで書ける
    • 水なら $H_2O$、酸素なら $O_2$、食塩なら $NaCl$。
    • 「空気」の化学式って書ける?書けないよね($N_2$ と $O_2$ が混ざってるから)。だから空気は混合物!
  2. 融点と沸点が「ピタリ」と決まっている
    • 純粋な水は、1気圧なら絶対に0℃で凍って、100℃で沸騰する。
    • これが「98℃だったり102℃だったりする」なんてことはない。
  3. どこを取っても同じ
    • 上の方をすくっても、底の方をすくっても、全く同じ成分、同じ性質。

 

混合物を一言で言うなら、**「個性豊かなメンバーが集まったチーム」だ。

お互いに手をつないで(化学結合して)別の物質になったわけじゃなくて、「ただ一緒にいるだけ」**の状態。ここが最大のポイントだ!

詳しく解説していくよ!

混合物の正体

イメージしてみて。

「ミックスナッツ」や「野菜サラダ」。

アーモンドはアーモンドのまま、レタスはレタスのまま、そこにいるよね?だからミックスナッツや野菜サラダは混合物だ。

混合物の「3つのルール」

これを知っていれば、試験で迷わない!

  1. 元の性質を持ったまま
    • 砂糖水(混合物)を考えてみよう。なめてみると…「甘い」よね?砂糖の性質が残っている証拠だ。
    • これが「化合物」だと、性質がガラッと変わっちゃうんだ(水素と酸素が合体して水になると、もう燃えないし爆発もしない)。
    • **混合物は「混ざっても自分を失わない」**んだ。
  2. 割合(レシピ)は自由
    • 「濃い食塩水」も「薄い食塩水」も、どっちも食塩水だよね。
    • 混ざる比率が決まっていないのが混合物。
    • 逆に純物質(化合物)の水($H_2O$)は、水素2:酸素1という比率が絶対決まっている。
  3. 化学式1つでは書けない
    • 「空気の化学式を書いて」と言われても、$N_2$ や $O_2$、$Ar$ などがいっぱいあって、1つには決められないよね。
    • だから、「+」を使って表現するしかないのが混合物だ。

2. ここで差がつく!「2種類の混合物」

混合物には、実は2つのレベルがあるんだ。ここを知ってると、周りのライバルに差をつけられるぞ!

① 均一(きんいつ)混合物 = 「完全に溶け合ってる」

② 不均一(ふきんいつ)混合物 = 「ムラがある」

ポイント

 

(2) 物質の分離と精製の方法

今回のテーマは「分離(ぶんり)」「精製(せいせい)」だ。 なんだか漢字が並ぶと難しそう?いやいや、そんなことはない。これは言ってみれば、「混ざり合ったメンバーの中から、お目当ての推し(純物質)だけを救出するミッション」なんだ!

それぞれのメンバー(物質)の「個性」を見極めて、最適な作戦を実行する。まるで探偵やスパイみたいでワクワクしないかい? テストに「そのまま出る」ポイント満載だから、物語を読むように楽しんでいこう!

1. ろ過 (Filtration) ~大きさの違いで見分ける関所~

まずは基本中の基本、「ろ過」だ。 これは、**「液体」と、それに「溶けていない固体」**を分ける作戦。

【ここがテストに出る!】実験の「マナーと作法」

ろ過はただ流し込めばいいってものじゃない。「美しく、安全に」行うための作法(記述ポイント)があるんだ。

  1. ガラス棒を伝わらせる
    • Why? ビーカーから直接ドボドボ注ぐと、液が飛び散ったり、あふれたりするよね。ガラス棒を「滑り台」のように使って、静かにエスコートしてあげるんだ。
  2. 漏斗(ロート)の足の先を、ビーカーの壁につける
    • Why? これも超重要!ポタポタ落ちると、跳ね返って周りを汚したり、薬品が無駄になったりする。壁を伝わせて、静かに落とすのがプロの技だ。
  3. ろ紙は水で濡らして密着
    • 隙間があると、そこから空気が入ったり液が逃げたりして効率が悪いからね。

2. 蒸留 (Distillation) と分留 ~我慢比べ!沸点の違い~

次は、液体の中に溶けているものや、液体の混合物を分ける作戦。 ここで使うのは「沸点(ふってん)」、つまり「何度で沸騰して気体になるか」という個性の違いだ。

【超・超・重要】蒸留装置の「4つの罠」

ここはテストでの出題率ほぼ100%と言ってもいい!図を見ながら絶対に覚えておこう。

  1. 温度計の球部は「フラスコの枝の付け根」
    • Why? 知りたいのは、煮立っている液の温度じゃなくて、「これから出ていく蒸気の温度」だから。ここを通過する蒸気が、隣の部屋(冷却器)へ行くんだ。
  2. 沸騰石(ふっとうせき)を入れる
    • Why? 「突沸(とっぷつ)」を防ぐため。何もしないといきなり「ボコッ!!」と爆発的に沸騰して危険なんだ。沸騰石を入れると、穏やかに沸騰してくれるよ。
  3. 冷却水は「下から入れて、上から出す」
    • Why? これ、よく引っかけ問題で出るよ!上から水を入れると、重力でサーッと流れ落ちてしまい、冷却器の中に空気が残っちゃう。下から入れることで、水を満タンにしながら押し上げることができ、冷却効率がMAXになるんだ!
  4. 液の量は「フラスコの半分以下」
    • Why? 多すぎると、沸騰した勢いで液体のまま枝の方へ飛び込んでしまうからね。

3. 再結晶 (Recrystallization) ~温度差ツンデレ作戦~

最後は、固体の中に少しだけ混じった不純物を取り除く、エレガントな方法。 使うのは「温度によって溶ける量が変わる」という性質だ。

まあ、これは動画見てくれた方が良いよ。

ちょっとこの動画を見てみて

ポイント

  1. ろ過 (Filtration)
    1. 原理: 液体と、それに溶けない固体を分離する(粒子の大きさの違いを利用)。
    2. 装置・操作の注意点:
      1. 漏斗(ロート)の足の先端は、ビーカーの内壁に密着させる(液が跳ねないように)。
      2. 液はガラス棒を伝わらせて静かに注ぐ。
      3. ろ紙は4つに折り、水で濡らして漏斗に密着させる。
  2. 蒸留 (Distillation) と分留
    1. 原理: 沸点のちがいを利用する。
    2. 蒸留: 液体に溶けている固体を分離したり、液体の混合物を沸点の差で分ける操作。(例:海水を加熱・冷却して純粋な水を得る)
    3. 分留(分別蒸留): 沸点の異なる2種類以上の液体の混合物を分離すること。(例:石油からガソリン・灯油・軽油を分ける。液体空気から窒素と酸素を分ける。)
    4. 【超重要】蒸留実験の注意点(図4):
      1. 温度計: フラスコの枝の付け根付近に球部が来るようにする(留出する蒸気の温度を測るため)。
      2. 沸騰石: 突沸(突然の激しい沸騰)を防ぐために入れる。
      3. 冷却水: リービッヒ冷却器の下から上へ流す(冷却器内を常に水で満たし、冷却効率を上げるため)。
      4. 液量: フラスコの半分以下にする。
  3. 再結晶 (Recrystallization)
    1. 原理: 温度による溶解度の差を利用する。
    2. 操作: 少量の不純物を含む固体を高温の溶媒に溶かし、冷却することで、純粋な結晶を析出させる。
    3. : 硝酸カリウム(不純物として食塩を含む)の精製。

2. 元素と単体・化合物

(1) 元素 (Element)

元素について知ると、目の前の景色がガラッと変わって見えるようになる。

机も、空気も、君の体も、すべてはこの「元素」というレゴブロックで組み立てられているんだ。さあ、ミクロの冒険に出発だ!

1. 元素ってなに? ~世界の「究極のレシピ」~

一言で言おう。

元素とは、「物質を構成する基本的な成分」のことだ。

料理で例えてみよう。

カレーを作るには、「ジャガイモ」「ニンジン」「お肉」「スパイス」が必要だよね?

この「材料の種類」こそが元素だ。

たった118種類の「材料」の組み合わせだけで、スマホも、美味しいケーキも、そして私たち人間もできている。すごくない!?

2. 【最難関】「元素」と「原子」の違い ~これが分かれば偏差値UP!~

ここで多くの生徒が頭を抱えるのがこれ。

「先生、『元素(Element)』と『原子(Atom)』って何が違うんですか?」

よし、ここで完全に決着をつけよう。

このイメージを持てば、一生忘れないぞ!

カリスマ解説:お財布の中身で考えよう

君の財布に、10円玉が5枚、100円玉が2枚入っているとする。

化学でも同じだ。

「水 ($H_2O$)」という分子があるとする。

「成分(種類)」と言いたいときは元素。

「粒(つぶ)」と言いたいときは原子。

この使い分けができれば、記述問題で減点されることはない!

3. 元素記号 ~世界共通の暗号~

元素には、世界中の誰が見ても分かるように**「アルファベット1文字か2文字」のマークがついている。これが元素記号**だ。

これは、化学の世界の「ひらがな」みたいなもの。

これを覚えないと、化学という物語が読めなくなっちゃうから、主要なメンバー(原子番号1番の水素〜20番のカルシウムくらいまで)は、友達の名前を覚える感覚でマスターしていこう!

よし!ここまでのまとめるね!

(2) 単体と化合物

(3) 同素体 (Allotrope)

  1. 硫黄 (S) の同素体
  1. 炭素 (C) の同素体
  1. 酸素 (O) の同素体
  1. リン (P) の同素体

1-2 原子の構造と電子配置

1. 原子の構造

(1) 原子の構成粒子

(2) 原子の構造が明らかになるまで(歴史)

(3) 原子番号と質量数

(4) 同位体 (Isotope)

(5) 【発展】放射線と放射性同位体

2. 電子殻と電子配置

(1) 電子殻

(2) 電子配置のルール

(3) 価電子と周期律

(4) 周期表の構成

1-3 イオンのなりたち

1. イオンの形成

(1) 陽イオンと陰イオン

原子は、希ガスと同じ安定な電子配置(最外殻8個など)になろうとする。

(2) イオンの価数と周期表

2. イオンになりやすさの指標

(1) イオン化エネルギー

(2) 電子親和力

3. イオンの大きさ(イオン半径)

(1) イオン半径の大小関係

4. イオンからなる物質

(1) 多原子イオン(暗記必須!)

複数の原子がくっついたままイオンになったもの。

(2) 組成式の書き方

(3) 組成式の読み方

頑張ってね!

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