Learning Objectives

1. 物質を説明するために使われる基本的な用語を学ぶ

物質と他の物質やエネルギーとの相互作用を研究するという化学の定義には、定義すべき用語がいくつか使われています。

物質。 本は物質であり、コンピュータは物質であり、食べ物は物質であり、地面の土は物質です。 物質を特定するのが難しい場合もあります。 例えば、空気は物質ですが、他の物質（本、コンピュータ、食べ物、土など）に比べて非常に薄いため、空気に質量があり、空間を占めていることを忘れてしまうことがあります。

例題1

次のうち、物質であって物質でないものはどれでしょうか。

1. ホットドッグ
2. 愛
3. 木

解答

1. ホットドッグは質量があり、空間を占めるので物質である
2. 愛は感情であり、感情は物質ではない
3. 木は質量があり、空間を占めるので物質である

。

Test Yourself

次のうち、物質であって物質でないものはどれですか

1. 月
2. 新しい発明のアイデア

Answer

1. 月は物質です
2. 発明自体は物質かもしれませんが、そのアイデアは物質ではありません。

図1.1 物質の相

物質を理解し、それがどのように変化するかを理解するためには、物質を記述することができなければなりません。 物質を記述するには、物理的性質と化学的性質の2つの基本的な方法があります。 物理的性質とは、物質が存在するときの状態を表す特性です。 物質の物理的特性には、形、色、大きさ、温度などがあります。 重要な物理的特性として、物質の相（または状態）があります。

図1.2 化学的性質

このマッチが燃えるということは、マッチの化学的性質です。

化学的性質とは、物質が他の物質の存在下でどのように形を変えるかを説明する物質の特性です。 物質のサンプルは燃えますか？ 燃焼は化学的性質です。 水の中に入れると激しく反応しますか？ この反応も化学的性質です（図1.2「化学的性質」）。 以下の章では、物理的性質と化学的性質の説明が、化学の重要な側面であることを見ていきましょう。3 物理的な変化

固体の氷が溶けて液体の水になるという物理的な変化です。

もし物質が常に同じ状態であれば、化学はかなり退屈なものになるでしょう。 幸いなことに、化学の大部分は変化を伴います。 物理的な変化は、物質のサンプルがその物理的特性の1つ以上を変えるときに起こります。 例えば、固体が溶けたり（図1.3「物理的変化」）、温度計の中のアルコールが温度の変化に伴って体積が変化したりすることがあります。

化学変化とは、図1.2「化学的性質」で示した燃えるマッチのように、化学的性質が変化することです。 マッチの中の物質が燃えると、その化学組成が変化し、新たな物理的性質を持った新しい形の物質が生まれます。

全体的に同じ物理的・化学的性質を持つ物質のサンプルを物質と呼びます。 純粋な物質という表現が使われることもありますが、純粋という言葉は必要ありません。 物質という言葉の定義は、化学が特定の定義を持っているのに対して、日常的に使われる言葉は別の曖昧な定義を持っているという例です。

化学では、物質には元素と化合物の2種類があります。 元素とは、最も単純な化学物質で、通常の化学的手段ではより単純な化学物質に分解できない。 科学的に知られている元素は約115種類あり、そのうち80種類は安定しています。 それ以外の元素は放射性物質であり、これについては第15章「核化学」で検討します）。 元素には、それぞれ固有の物理的・化学的性質がある。

化合物とは、2つ以上の元素が組み合わさったものです。 化合物の物理的・化学的性質は、構成する元素の物理的・化学的性質とは異なり、全く別の物質として振る舞います。 化合物は5000万種類以上が知られており、日々発見されている。 化合物の例としては、水、ペニシリン、塩化ナトリウム（食卓塩の化学名）などがあります。

物質のあり方は、元素と化合物だけではありません。 私たちは、複数の元素や化合物が物理的に組み合わさった物体に頻繁に遭遇します。 2つ以上の物質が物理的に組み合わさったものを混合物と呼びます。 混合物には2つのタイプがあります。 不均質な混合物とは、2つ以上の物質からなる混合物です。 複数の物質が含まれていることは、時には肉眼でもわかります。 均質な混合物とは、2つ以上の物質が密接に混ざり合っており、その混合物が単一の物質として振る舞うものである。 均質な混合物の別の言葉は、溶液です。 食塩とスチールウールの組み合わせは、どの粒子が食塩の結晶で、どの粒子がスチールウールであるかが容易にわかるので、不均一な混合物である。 一方、塩の結晶を水に溶かした場合は、強力な顕微鏡を使っても、見ただけでは複数の物質が存在していることは分かりません。

図1.4 混合物の種類

物質、特に元素を表すのに使える記述子は他にもあります。 通常、元素は金属と非金属に分けることができ、それぞれのセットは特定の（必ずしもすべてではない）特性を共有しています。 金属とは、常温で固体であり（水銀は例外）、光沢があり銀色で、電気や熱をよく通し、叩いて薄い板にしたり（可鍛性といいます）、細い線にしたり（延性といいます）できる元素のことです。 一方、非金属は、固体の状態では脆く、電気や熱をあまり通さず、薄い板や線にすることができない元素である（図1.5「半金属」）。 非金属も、常温ではさまざまな相や色を持っている。 また、金属と非金属の両方の性質を持つ元素を半金属（またはメタロイド）と呼びます。

図1.5 半金属

図1.6「物質の記述」は、物質を記述するさまざまな方法の関係を示したフローチャートです

Chemistry Is Everywhere: 朝のひととき

多くの人には朝の習慣があり、毎朝その日の準備をするためのプロセスがあります。

• 朝、シャワーやお風呂に入るときには、おそらく石けんやシャンプー、またはその両方を使うでしょう。 これらの製品には、体や髪の毛の油分や汚れと相互作用して、それらを落としたり洗い流したりする化学物質が含まれています。
• 朝、歯を磨くときには、通常、石鹸の一種である歯磨き粉を使って歯を磨きます。 歯磨き粉には通常、研磨剤と呼ばれる小さくて硬い粒子が含まれており、これが歯を物理的にこすります。 多くの歯磨き粉には、歯の表面と化学的に相互作用して虫歯を予防する物質であるフッ素も含まれています。
• もしかしたら、毎朝、ビタミンやサプリメント、薬を飲んでいるかもしれません。 ビタミンやその他のサプリメントには、体が正常に機能するために必要な化学物質が少量含まれています。
• おそらく、朝食に目玉焼きを作っているのではないでしょうか。
• 食事をした後、胃の中の食べ物が化学的に反応して、体（主に腸）が食べ物や水、その他の栄養素を吸収できるようになります。
• 学校や職場に車やバスで通っている人は、おそらくガソリンを燃やす乗り物を使っているでしょう。

これらは、化学が日常生活に与える影響のほんの一例です。

図1.7 実生活における化学

動画のソースです。 The chemical world by keyj (https://viuvideos.viu.ca/media/The+Chemical+World/0_ixlxmwe8)

Key Takeaways

• 化学は、物質とその他の物質やエネルギーとの相互作用を研究する学問です。
• 物質とは、質量を持ち、空間を占めるあらゆるものを指します。
• 物質は、物理的性質と化学的性質の2つの観点から説明することができます。
• 物質の物理的性質や化学的性質は変化することがある。
• 物質は元素と化合物で構成されている。
• 異なる物質を組み合わせたものを混合物という。
• 元素は、金属、非金属、半金属と表現することができます。

練習問題

1. それぞれを物質か非物質のどちらかに識別します。

a)本

b)憎しみ

c)光

d)車

e)目玉焼き

2.固体、液体、気体の各相の物質の例を挙げなさい。

3.それぞれの記述は物理的性質を表していますか、それとも化学的性質を表していますか？

a) イオウは黄色い。

b) スチールウールは炎で点火すると燃える。

c) 1ガロンの牛乳は、8ポンド以上の重さがあります。

4. それぞれの記述は、物理的な特性または化学的な特性を表していますか？

a) 裏庭で葉っぱの山がゆっくりと腐っていきます。

b) 酸素の存在下で、水素は相互作用して水を作ることができます。

c) 金は非常に細いワイヤーに伸ばすことができます。

a) 水は沸騰して水蒸気になる。

b) 食べ物は消化器官で利用可能な形に変換される。

c) 多くの温度計のアルコールは、華氏約-40度で凍る。

6. それぞれの記述は、物理的な変化または化学的な変化を表していますか？

a) 炭素の一種であるグラファイトは、非常に高い温度と圧力で炭素の一種であるダイヤモンドに変えることができます。

b) 通りの向こうの家は新しい色に塗られています。

c) ナトリウムと塩素が一緒になって、塩化ナトリウムという新しい物質を作ります。

7. 元素と化合物を区別してください。

8.均一な混合物と不均一な混合物の違いは何ですか？

9.

a) 塩と胡椒を混ぜる

b) 砂糖を水に溶かす

c) パスタを熱湯で茹でる

10. それぞれを不均質な混合物と均質な混合物に分類しなさい。

a) 空気

b) 汚れ

c) テレビ

11. 練習問題9では、どの選択肢が解答でもありますか？

12. 練習問題10では、どの選択肢も解答になりますか？

13. なぜ鉄は金属とされるのか？

14. 酸素はなぜ非金属とされるのか？

15.

15. 金属と非金属の違いは何ですか

16. 半金属にはどのような性質があるのでしょうか？

17.

18.元素の炭素は、黒くてくすんだ感じの固体で、熱や電気をよく通します。 しかし、非常にもろく、薄い板や長い線にすることはできません。

これらの性質のうち、炭素の金属としての性質は？

18． 純シリコンは、銀色に光りますが、電気や熱をよく通しません。 これらの性質のうち、ケイ素は金属としてどのように振る舞いますか？

18.純粋なシリコンは、銀色に光りますが、電気や熱をあまり伝えません。

答え

a)物質

b)物質ではない

c)物質ではない

d)物質

a)物理的な性質

b)化学的な 特性

c) 物理的特性

a) 物理的変化

b) 化学的変化

c) 物理的変化

7. 元素とは、物質を構成する基本的な化学的部分で、約115種類の元素が知られています。

a) 不均質

b) 均質

c) 不均質

11. 選択肢bは溶液である。

13. 鉄は固体であり、光沢があり、電気や熱をよく通すので金属である。

15. 金属は一般的に光沢があり、電気や熱をよく通し、可鍛性や延性がある。非金属は様々な色や相を持ち、固相では脆く、熱や電気をよく通さない。

17. 炭素は、熱や電気をよく通すので金属のように振る舞います。 黒くてもろく、板や線にすることができないので、非金属です。