「化学」 英語版ウィキより

化学の研究にはいくつかの概念が不可欠である。 それらのいくつかを見ていこう。

物質(Matter)

化学において、物質は、静止した質量および体積を有するものとして定義される。(したがってそれはスペースを取る)
物質はパーティクルで構成されている。物質を構成する粒子にも質量がある。
すべての粒子が静止しているわけではありません。例えば光子は常に動いています。、
物質は単独な化学物質(Substance)であってもよいし、物質の混合物であってもよい。

原子

原子は化学の基本単位である。原子は、電子雲の空間に囲まれた原子核と呼ばれる緻密な核で構成されている。

核は正に荷電した陽子と非荷電の中性子で構成される。それらはともに核子と呼ばれる。電子雲は負に荷電した電子で構成され、核を周回する。

中性原子では、負に帯電した電子は、陽子の正の電荷と釣り合っている。

核は密である。 核の質量は電子の質量の約1,836倍であるが、原子の半径はその核の約10,000倍である。

原子はまた、元素の化学的性質を保持する最小の実体でもあり、電気陰性度、イオン化ポテンシャル、好ましい酸化状態、配位数、および好ましい結合タイプ(例えば、金属性、イオン性、共有性)を有する。

元素(Element)

化学元素は純粋な物質である。

それは1つのタイプの原子から構成され、原子核の中のプロトンの数によって特徴付けられる。

プロトンの数は原子番号として知られ、記号Zによって表わされる。質量数は、核内の陽子と中性子の数の和で示される。

1つの元素はすべて同じ原子番号を有するが、原子番号が同じでも、必ずしも同じ質量を有するとは限らない。

異なる質量数を有する元素の原子は、同位体として知られている。例えば、核中に6個のプロトンを有するすべての原子は、化学元素炭素の原子である。

炭素の原子は12または13の質量数を有することができる。

化学元素の標準的な表示は周期表で示される。それは元素を原子番号の順で並べている。

周期表は、列ごとに族、段ごとに周期の形でまとめられる。周期表は元素の傾向を特定するのに役立つ。

化合物(Compound)

化合物は、複数の元素で構成された純粋な化学物質である。化合物の性質は構成元素の性質とほとんど類似していない。

化合物の標準命名法は、国際純正応用化学連合(IUPAC)によって設定されている。有機化合物は、有機命名法に従って命名される。

ある化合物が複数の成分を有する場合、それらは2つのクラスに分けられる。陽性電荷成分と陰性電荷成分である。

ケミカルアブストラクトサービスでは、化学物質の索引付け方法を考案している。このスキームでは、各化学物質はCAS登録番号で識別できる。

分子(Molecule) 

分子は、純粋な化学物質の不可分な最小単位である。

その独特の化学的性質によって、他の物質との一連の化学反応を起こす可能性がある。

しかし、この定義は、多くの物質には当てはまらず、ある特定の分子からなる物質に対してのみ有効である。

分子は、典型的には、共有結合によって一緒に結合された原子のセットである。

その構造は電気的に中性であり、すべての価電子がいずれかの他の電子と対になっている。

したがって、分子はイオンとは異なり、電気的に中性の単位として存在する。

このルールが破られことはある。こうして "分子"に電荷が与えられると、その結果、分子は分子イオンまたは多原子イオンととなる。

  しかしながら、分子概念の分散・分離的性質が必要とするのは、十分に分離した形態での分子イオンの存在である。それは例えば質量分析計内の真空中の指向性ビームのような形である。

固体中に存在する荷電した多原子の収集物(例えば、一般的な硫酸塩または硝酸塩イオン)は、一般に、化学において「分子」とはみなされない。

ある種の分子は不対電子を含み、ラジカルを生成することがある。

ほとんどのラジカルは比較的反応性が強いが、酸化窒素(NO)のようなものは安定している。

「不活性」ガス元素あるいは「希ガス」元素(ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンおよびラドン)は、最小単位として孤立原子によって構成されている。

しかし、他の孤立した化学元素は、何らかの形で互いに結合し、分子または分子ネットワークで構成されている。

具体的な分子としては、水、空気、およびアルコール、砂糖、ガソリン、および様々な医薬品のような多くの有機化合物などの身近な物質を構成する。

しかしながら、全ての物質または化合物が分子からなるわけではない。

実際に、地球の固体地殻、マントル、コアを構成する固体物質の大部分は、分子構造を持たない化合物である。

これらの他の種類の物質、例えばイオン化化合物および網状構造は、同定可能な分子自体の存在を欠いているように構成されている。

代わりに、これらの物質は、物質内の最小の反復構造として、式単位または単位格子の観点から議論される。

そのような物質の例は、鉱物塩(例えば食塩)、炭素およびダイヤモンドのような固体、金属、ならびに石英および花崗岩のようなよく知られたシリカおよびケイ酸塩鉱物である。

分子の主な特徴の1つは、「構造」と呼ばれる立体構成である。

  二原子、三原子または四原子からなる分子の構成は直線状、多角状、ピラミッド状など一定の形をとる。

多原子分子の構造とくに6角系(ベンゼン環)の分子はその化学的性質によって決定的に重要である。

物質および混合物

化学物質(Substance)は、明確な組成と性質を持つ一種の物質(Matter)である。

物質の集合は混合物と呼ばれる。 混合物の代表は、空気および合金である。


モルと物質量

モルは、物質の量(化学量とも呼ばれる)を示す測定単位である。

モルは、ちょうど炭素-12の12グラム中に存在する原子の数として定義される。

その際炭素-12原子は、非結合状態で、静止状態で、基底状態にあるとみなされる。

1モルあたりの実体の数は、アボガドロ定数として知られており、経験的に約6.022×10の23乗モルの逆数と規定されている。

モル濃度は、溶液1容量あたりの特定の物質の量であり、一般的には moldm−3で報告されている。