単体・化合物と同素体
カワウソ先生元素記号が1種類だけなら単体、2種類以上が結びついていれば化合物。同じ元素でも結びつき方が違えば性質も変わるよ。
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- 1種類の元素だけでできた物質が単体（新しいタブで開きます）、2種類以上の元素が結合した物質が化合物。酸素（新しいタブで開きます）（O₂）は単体、水（H₂O）は化合物である。
- 同じ元素でできているのに、原子の結合の仕方や並び方が違うために性質が異なる単体どうしを同素体という。
- 炭素の同素体はダイヤモンドと黒鉛、硫黄の同素体は斜方硫黄・単斜硫黄・ゴム状硫黄、リンの同素体は黄リンと赤リンなどがある。
詳しく
単体・化合物・同素体の見分け方
1種類の元素だけでできている物質を単体という。酸素（O₂）・炭素（C）・鉄（Fe）などがその例で、これ以上は別の物質に分解できない。2種類以上の元素が化学的に結びついた物質を化合物といい、水（H₂O）や二酸化炭素（CO₂）のように、単体とは異なる性質をもつ。
同じ元素でできた単体のうち、原子の結合の仕方や並び方（構造）が違うために、色・硬さ・電気を通すかどうかなどの性質が異なるものがある。これを同素体という。中学の原子と分子で学んだように、物質を構成する元素の種類は元素記号で表され、周期表に整理されている。
単体や化合物を構成している元素を確かめる方法としては、炎色反応（新しいタブで開きます）や難溶性の塩（新しいタブで開きます）の沈殿反応がある（次のページでくわしく見る）。同じ元素の単体どうしでも、原子の結びつき方が違えば別の物質（同素体）になる。
例：炭素・硫黄・リンの同素体
炭素の同素体の代表はダイヤモンドと黒鉛（グラファイト）。ダイヤモンドは炭素原子が正四面体状に規則正しく結びついた網目構造で、非常に硬く電気を通さない。黒鉛は炭素原子が層状のシートに結びつき、層どうしが滑りやすいので鉛筆の芯に使われ、電気を通すので電気分解（新しいタブで開きます）の電極にも使われる。
硫黄の同素体には、常温で安定な黄色の結晶である斜方硫黄、高温で安定な針状の結晶の単斜硫黄、高温の硫黄を急に冷やしてできる、弾性のある褐色固体のゴム状硫黄がある。
リンの同素体の代表は、淡黄色で空気中で自然発火しやすいため水中に保存する黄リンと、暗赤色で空気中でも安定な赤リン（マッチの材料）だ。
酸素にも同素体があり、ふだん空気中にある酸素（O₂）と、強い刺激臭をもち殺菌力があるオゾン（O₃）は、同じ酸素原子でできているが、結びつく原子の数が違うために性質が異なる。
なぜ性質が違うのか
同素体の性質が違う理由は、原子の結合の仕方や配列（構造）の違いにある。ダイヤモンドは1個の炭素原子が4個の炭素原子と強く結びついた立体の網目構造なので硬い。黒鉛は炭素原子が平面状の層に結びつき、層と層の間の結びつきが弱いためやわらかく、層の中を電子が動けるため電気を通す。
硫黄やリンの同素体も同じで、原子の結びつき方や分子の形が違うために、色や硬さ、反応のしやすさといった性質が変わる。元素の種類（原子の種類）が同じであっても、構造が違えば別の単体として扱われる。
この違いを理解しておくと、化学式（新しいタブで開きます）だけでは同じ元素に見える物質が、実際にはまったく違う性質をもつ理由が説明できる。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/elements-compounds-and-allotropes/?from=print#quiz
次のうち、化合物にあたる物質はどれか。
- ◯ ダイヤモンド
- ◯ 黒鉛
- ◯ 酸素（O₂）
- ◯ 水（H₂O）
正解：水（H₂O）
水（H₂O）は水素（新しいタブで開きます）と酸素（新しいタブで開きます）という2種類の元素が結合した化合物（新しいタブで開きます）。酸素・ダイヤモンド・黒鉛はいずれも1種類の元素だけでできた単体である。ダイヤモンドと黒鉛に共通することは何か。
- ◯ どちらも電気を通さない
- ◯ どちらも化合物である
- ◯ どちらも同じ元素（炭素）の同素体である
- ◯ 色がまったく同じである
正解：どちらも同じ元素（炭素）の同素体である
ダイヤモンドと黒鉛はどちらも炭素という同じ元素でできた単体だが、原子の結びつき方が違うため性質が異なる同素体である。硫黄の同素体の組み合わせとして正しいのはどれか。
- ◯ ダイヤモンドと黒鉛
- ◯ 斜方硫黄とゴム状硫黄
- ◯ 酸素とオゾン
- ◯ 黄リンと赤リン
正解：斜方硫黄とゴム状硫黄
硫黄の同素体には、常温で安定な斜方硫黄、高温で安定な単斜硫黄、弾性のある褐色固体のゴム状硫黄がある。酸素（O₂）とオゾン（O₃）の関係として正しいものはどれか。
- ◯ 単体と化合物の関係である
- ◯ 混合物である
- ◯ 別の元素の化合物である
- ◯ 同じ元素（酸素）の同素体である
正解：同じ元素（酸素）の同素体である
酸素（O₂）とオゾン（O₃）はどちらも酸素原子だけでできた単体で、結びつく原子の数が違う同素体である。
単元のポイント
- 単体（新しいタブで開きます） 1種類の元素だけでできた物質。酸素（O₂）・炭素（C）など
- 化合物（新しいタブで開きます） 2種類以上の元素が化学的に結びついた物質。水（H₂O）・二酸化炭素（CO₂）など
- 同素体 同じ元素の単体で、原子の結合や並び方が違うために性質が異なるもの
- 炭素の同素体 ダイヤモンド（正四面体の網目構造・硬い・電気を通さない）と黒鉛（層状構造・やわらかい・電気を通す）
- 硫黄・リンの同素体 硫黄は斜方硫黄・単斜硫黄・ゴム状硫黄、リンは黄リンと赤リン