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技能一覧 › 高校化学 物質の構成と化学結合（知識）

結晶の種類と性質

イオン結晶・分子結晶・共有結合の結晶・金属結晶の結合の種類と、融点・硬さ・電気伝導性・溶けやすさの違いから、物質がどの結晶かを判定できる

前提

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  1. 原子・分子と化学式 （中学理科 化学分野の用語と知識）
  2. 原子の構造と同位体 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
  3. 電子配置と価電子 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
  4. 周期表と周期律 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
  5. イオン化エネルギー・電子親和力・電気陰性度 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
  6. イオンと電離・電解質 （中学理科 化学分野の用語と知識）
  7. イオン結合と金属結合 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
  8. 共有結合と配位結合 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
  9. 分子の形と極性 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
  10. 分子間力と沸点 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））

説明

固体の物質は、粒子どうしを結びつけている力の種類によって、イオン結晶・分子結晶・共有結合の結晶・金属結晶の 4 つに分けられます。この技能では、それぞれの結晶の粒子と結合の種類を知り、融点の高さ・硬さ・電気を通すかどうか・水に溶けるかどうかの違いから、ある物質がどの結晶かを判定できるようになります。物質の性質を調べた結果から正体をしぼりこむ問題で使います。

なぜそうしてよいのか

結晶の性質の違いは、「結晶をこわすときに、どんな結合や引力を断ち切る必要があるか」で説明できます。融かす（融点）ときや傷をつける（硬さ）ときには、粒子どうしの結びつきを断ち切る必要があるので、その結びつきが強いほど融点が高く、硬くなります。

・イオン結晶（, など）は、陽イオンと陰イオンが静電気的な引力（イオン結合）で結びついています。この引力は強いので、融点は高く、硬いですが、力を加えると同じ符号のイオンどうしが向き合って反発し、割れやすい（もろい）性質があります。固体ではイオンが動けないので電気を通しませんが、融かした液体や水溶液ではイオンが動けるので電気を通します。水に溶けやすいものが多くあります。
・分子結晶（ヨウ素 、ドライアイス 、ナフタレンなど）は、分子どうしが弱い分子間力で集まっています。分子間力は弱いので、融点は低く、やわらかく、昇華しやすいものもあります。電荷をもつ粒子が動けないので、固体も液体も電気を通しません。
・共有結合の結晶（ダイヤモンド 、ケイ素 、二酸化ケイ素 など）は、すべての原子が共有結合で次々につながり、結晶全体が 1 つの巨大な分子のようになっています。こわすには強い共有結合を断ち切らなければならないので、融点がきわめて高く、非常に硬く、水に溶けません。電気は通しません（ただし黒鉛は例外で、電気を通します）。
・金属結晶（, , など）は、金属原子が自由電子による金属結合で結びついています。自由電子が動けるので固体でも電気・熱をよく通し、展性・延性をもちます。融点は、水銀のように常温で液体のものからタングステンのように非常に高いものまで、幅があります。

手順

  1. 物質をつくる元素を見て、結晶の種類の見当をつける。金属元素 ＋ 非金属元素 → イオン結晶、金属元素だけ → 金属結晶、非金属元素だけ → 分子結晶または共有結合の結晶

  2. 非金属元素だけの物質は、ダイヤモンド ・黒鉛 ・ケイ素 ・二酸化ケイ素 なら共有結合の結晶、それ以外（, , など）は分子結晶と判断する

  3. 性質から判定するときは、まず電気伝導性を見る。固体で電気を通す → 金属結晶（例外: 黒鉛）。固体では通さないが融解液・水溶液で通す → イオン結晶

  4. 電気を通さない物質は融点と硬さを見る。融点がきわめて高く非常に硬い → 共有結合の結晶。融点が低くやわらかい（昇華しやすい） → 分子結晶

  5. 必要なら水への溶けやすさや、展性・延性（金属結晶）、割れやすさ（イオン結晶）で確かめる

例題

ある物質 X の固体は、非常に硬く、融点がきわめて高い（1500 ℃以上）。また、X の固体は電気を通さず、水にも溶けない。X として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア　塩化ナトリウム
イ　ヨウ素
ウ　二酸化ケイ素
エ　鉄

例題の解答

手順 3: X の固体は電気を通さないので、固体で電気を通す金属結晶の鉄（エ）ではない。

手順 4: X は融点がきわめて高く非常に硬い。ヨウ素（イ）は分子結晶で、分子間力が弱いため融点が低く、やわらかく、昇華しやすいので当てはまらない。

手順 5: 塩化ナトリウム（ア）はイオン結晶で、水に溶けやすく、水溶液は電気を通すので「水に溶けない」に当てはまらない。

手順 1・2: 二酸化ケイ素（ウ）は非金属元素の Si と O だけからなる共有結合の結晶で、すべての原子が共有結合でつながっているため、融点がきわめて高く、非常に硬く、電気を通さず、水に溶けない。すべての性質に当てはまる。

よって答えはウである。

答え:

ウ

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること