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技能一覧 › 高校化学 物質の構成と化学結合（知識）

純物質と混合物・単体と化合物・同素体

物質を純物質と混合物、単体と化合物に分類し、同素体と同位体を区別して判定できる（例: 酸素とオゾン、ダイヤモンドと黒鉛）

前提

説明

身のまわりの物質は、1 種類の物質だけでできた純物質と、何種類かの物質が混じり合った混合物に分けられます。さらに純物質は、1 種類の元素だけでできた単体と、2 種類以上の元素でできた化合物に分けられます。この技能では、物質をこのように分類し、あわせて「同素体」と「同位体」という似た名前の用語を正しく区別できるようになります。選択式の問題で、ある物質や組み合わせがどれに当たるかを判定する場面で使います。

なぜそうしてよいのか

分類は「何種類の物質が混じっているか」と「その物質が何種類の元素からできているか」の 2 段階で考えます。純物質は 1 種類の物質なので、決まった化学式で表せ、融点・沸点・密度などが決まった値になります。混合物は混ぜ方によって成分の割合が変わるので、1 つの化学式では表せず、融点や沸点も一定になりません。たとえば空気（窒素・酸素などの混合）、海水、石油は混合物です。純物質のうち、 や のように化学式に 1 種類の元素記号しか出てこないものが単体、 や のように 2 種類以上出てくるものが化合物です。

同じ元素からできた単体でも、原子のつながり方や並び方が違うと、性質の異なる別の物質になります。これらを互いに同素体といいます。酸素 とオゾン （原子の数が違う）、ダイヤモンドと黒鉛とフラーレン（炭素原子の並び方が違う）がその例です。同素体をもつ代表的な元素は硫黄 S（斜方硫黄・単斜硫黄・ゴム状硫黄）、炭素 C、酸素 O、リン P（黄リン・赤リン）で、頭文字から「SCOP（スコップ）」と覚えられます。

一方、同位体は物質ではなく原子の種類についての用語です。原子の中心にある原子核は陽子と中性子からできていて、陽子の数（原子番号）が同じなら同じ元素です。同じ元素の原子でも中性子の数が違うものがあり、これらを互いに同位体といいます（例: 水素 と重水素 、炭素 と ）。同位体どうしは質量が違うだけで、化学的な性質はほぼ同じです。つまり「同素体 = 同じ元素からなる、性質の違う単体どうし」、「同位体 = 同じ元素で、中性子の数（質量数）が違う原子どうし」と区別します。

手順

  1. その物質が 1 種類の物質か（化学式 1 つで表せるか）を考え、純物質か混合物かを判定する。空気・海水・石油・塩酸（塩化水素の水溶液）などは混合物。

  2. 純物質なら化学式を書き、元素記号が 1 種類なら単体、2 種類以上なら化合物と判定する。

  3. 2 つのものの関係を問われたら、比べているのが「単体（物質）どうし」か「原子どうし」かを確かめる。

  4. 同じ元素からなる、性質の異なる単体どうしなら同素体（S・C・O・P の例を思い出す）。同じ元素で中性子の数（質量数）だけが違う原子どうしなら同位体。化合物どうしや、元素の違うものどうしはどちらでもない。

例題

互いに同素体である組み合わせとして正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア 水素 と重水素
イ 酸素 とオゾン
ウ 一酸化炭素 と二酸化炭素
エ 水 と過酸化水素

例題の解答

【手順 1・2】それぞれ何を比べているかを確かめる。ウの と 、エの と は、どれも元素記号が 2 種類なので化合物。イの と は元素記号が O だけなので単体。

【手順 3】アは原子どうし（質量数 1 と 2 の水素原子）の比較。イは単体どうし。ウ・エは化合物どうし。

【手順 4】アは同じ元素で中性子の数だけが違う原子どうしなので同位体であり、同素体ではない。ウ・エは化合物どうしなので同素体ではない。イは同じ酸素元素からなる、性質の異なる単体どうしなので同素体。

よって正しいのはイ。

答え:

イ

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