【実験動画き】同素体と同位体の違いと例を画像と図で解説-語呂合わせ付き

【実験動画き】同素体と同位体の違いと例を画像と図で解説-語呂合わせ付き

【図解・画像・実験動画付き】入試にも頻出な同素体(硫黄・炭素・酸素・リン)と同位体はどのような違いがあるのでしょうか。それぞれの定義、性質、覚え方を図と実際の画像、実験動画を交えながら具体的かつ丁寧に解説します。

同素体・同位体の概要

最初に同素体と同位体の定義を確認しましょう。

同位体 … 原子番号つまり陽子数は同じだが,中性子数が異なる原子同士。
同素体 … 同じ元素から成る性質や構造の異なる単体が2種類以上存在するもの。

それでは一つ一つ見ていきましょう。

同位体とは

同位体の定義と解説

原子番号つまり陽子数は同じだが,中性子数が異なる原子同士のこと。

例えば、ウランUについて説明します。

ウランには、天然に3つの同位体が存在します。

この3つのウランは、同じ原子番号92番の”ウラン”ではあるけれど、質量数が違います。原子番号(=陽子数)は同じですが質量数は違うので、「中性子数が異なる」ということです。

※詳しくは化学|原子・分子・元素の違いと陽子・中性子・質量数・原子番号などを参照してください。

同位体

同位体は質量数が異なるだけで同じ元素であり,化学的性質はほぼ同じです。

この点が同素体と異なるのでテスト頻出です!気を付けましょう。

また、天然の多くの元素には同位体が存在していて,各元素の同位体の存在比はほぼ一定です。

放射性同位体と安定同位体

放射能をもち放射線を放つ同位体を,特に放射性同位体(ラジオアイソトープ)といい,
3H,14C,235Uなどがあります。これに対し,放射線を出さない安定な同位体を安定同位体といいます。放射性同位体は遺跡や化石の年代測定・医療などに利用されています。

同素体とは

同素体の定義と解説

同じ元素から成る性質や構造の異なる単体が2種類以上存在するとき,これらを同素体であるといいます。

S・・・斜方硫黄・単斜硫黄・ゴム状硫黄
C・・・ダイヤモンド・フラーレン・グラファイト(黒鉛)
O・・・酸素・オゾン
P・・・赤リン・黄リン

SCOPの4種類です。“スコップ”と覚えましょう。

硫黄の同素体

硫黄の単体には斜方硫黄、単斜硫黄、ゴム状硫黄の3種類があります。

硫黄の同素体

出典:https://goukakunokotu.seesaa.net/

斜方硫黄

性質:黄色の塊状結晶

斜方硫黄

出典:https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%A1%AB%E9%BB%84

環状分子S8によって構成されています。

斜方硫黄S8

出典:https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%A1%AB%E9%BB%84

単斜硫黄

性質:黄色の針状結晶

単斜硫黄

出典:https://manabu-chemistry.com/archives/50215911.html

環状分子S8によって構成されています。

斜方硫黄もS8分子によって構成されていますが、温度によって安定する構造が異なるため違いが生じます。

ゴム状硫黄

性質:褐色のゴム状固体

ゴム状硫黄

出典:https://manabu-chemistry.com/archives/50215911.html

鎖状分子Sxによって構成されています。

炭素の同素体

黒鉛

黒色不透明で板状結晶です。自由電子が動くことができるため、電気伝導性があります。柔らかく、鉛筆に使われています。

黒鉛

出典:https://manabu-chemistry.com/archives/45678848.html

ダイヤモンド

無色透明で、共有結合性の八面体結晶です。極めて硬く、融点が高久、屈折率が大きいです。

ダイヤモンド

出典:https://manabu-chemistry.com/archives/45678848.html

フラーレン

フラーレンC60はサッカーボール型をしています。その特異的な形から核反応を早くするといった性質や、水素化触媒といった性質を持っています。

フラーレン

出典:https://xn--88j1av8ltfva6b0vxa0968fh3dx97gsszah0q.xyz/iphone/mekuma_fullerene.html

また、様々な化学的・物理的性質をもっているため、フラーレンの中に水分子を入れたり、フラーレンに化学修飾を施すことによって液状化させたり、多くの研究者によってフラーレンに関する研究が行われています。

酸素の同素体

酸素

酸素O2は、無色、無臭の気体です。空気中の21%を占めます。水に溶けにくく、燃焼によって酸化物を生じます。

オゾン

淡青色で、特異臭の気体です。不安定で分解しやすく、有毒です。地球上にはオゾン層として成層圏に存在しています。(以下画像は液体のオゾン)

オゾン(液体)

出典:https://manabu-chemistry.com/archives/category/%E9%9D%9E%E9%87%91%E5%B1%9E%E3%81%AE%E5%8D%98%E4%BD%93%E3%81%A8%E5%8C%96%E5%90%88%E7%89%A9

リンの同素体

黄リン

黄リンは常温常圧において自然に酸素と反応し、自然発火します。そのため酸素のない水中で保存します。

黄リン

出典:https://rikanet2.jst.go.jp/

赤リン

赤リンは比較的安定です。

赤リン

出典:https://donetsk.all.biz/ja/

マッチのこすられる方に使われています。

赤リンは自然発火しません。下の動画はリンの発火を撮影したものです。

同素体のまとめ

以下に同素体に関してまとめます。

元素名元素記号単体名化学式特性
 硫黄S斜方硫黄S8黄色安定
単斜硫黄S8黄色やや安定
ゴム状硫黄Sx褐色不安定
炭素C黒鉛(グラファイト)Cもろい(薄くはがれやすい)
電気伝導性あり
 ダイヤモンドC無色透明非常に固い
電気伝導性なし
フラーレンC60
酸素O酸素O2無色無臭
オゾンO3淡青色特異臭
リンP黄リンP4黄色自然発火、水中保存
赤リンPx赤色安定

同素体と同位体の違いの覚え方

漢字で覚えましょう。

同素は、「じ元」からできているということ⇒性質や構造が異なる

同位は、「じ順(原子番号=陽子数)」ということ⇒中性子数が異なる

正誤問題がよく出題されるので、必ず覚えておきましょう。

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