化学原子・元素理科量子力学・原子物理学

物質は何でできている?結合の仕方で性質が変わる?構成粒子を理系ライターがわかりやすく解説

今回のテーマは「物質の分類と構成粒子」です。

物質は何からできているのか?という疑問は2,000年以上も昔から続く根本的な問いかけです。ある種哲学的な質問とも思えるが、高校化学におけるその答えは全て原子で成り立っているというもの、そして最新の素粒子物理学の立場に立てば全ては素粒子から成り立っているという回答になる。

ここでは構成原子と結合方法の違いによる4分類と原子の構成の基礎、そして原子を構成する素粒子について国立大学の理系出身で環境科学を専攻し、物質の分類と構成粒子についても詳しいライターNaohiroと一緒に解説していきます。

ライター/Naohiro

国立大学の理系出身で重工メーカーの技術者として働いてきました。塾講師として数学、理科を担当した経験と併せて誰にでも分かりやすい解説を心掛けていく。

1. 物質は何で構成されているのか?

Four elements representation ja.svg
MICCAgo投稿者自身による作品, CC 表示-継承 3.0, リンクによる

物質は何からできているのか?という疑問は古くは紀元前6世紀初頭、古代ギリシアのタレス(タレース、Thalēs、紀元前624-546頃)から始まり、その後エンペドクレス(Empedoclēs、紀元前490-430頃)によって全ての物質は「土・空気(風)・火・水」の4つの「元素(element)」により構成されるという四元素説(しげんそせつ)の考え方が生み出され、アリストテレス(アリストテレース、Aristotelēs、紀元前384-322)による「熱・冷・湿・乾」の四性質と組み合わさり、それからなんと2,000年以上に渡り多くの科学者達に信じられていたのです。

その後18世紀に近代科学の父と呼ばれるアントワーヌ=ローラン・ド・ラボアジエ(Antoine-Laurent de Lavoisier、1743-1794)が近代的な元素の概念を確立ジョン・ドルトン(John Dalton、1766-1844)が原子説を提唱したことにより「物質の根源は原子である」という結論に到達します。

現代において「全ての物質は原子により構成される」ということはもはや常識となっていますが、この常識が実は100年前にはまだ非常識でした。そして実は同じ原子で構成されていても見た目や物理的・化学的性質が異なる物質が存在するのですね。ここでは金属結晶イオン結晶共有結合結晶そして分子結晶の4種類について見ていきましょう。

1-1. 金属結晶

image by iStockphoto

まず最初に解説するのは金属結晶。金属結晶を構成する粒子は金属原子で、それらは金属結合により結びついています。金属結晶の物質としては金、銀、銅を始めとして鉄や鉛、チタン等様々な例が挙げられますね。

金属結合の特徴としては展性(malleability、叩くと変形する性質)延性(ductility、引っ張ると変形する性質)を代表として電気伝導性と熱伝導性が高いこと、見た目に金属光沢をもつこと、そして遮光性が強いことといった特徴があります。

これらの特徴は結合に使用されず余っている価電子、自由電子(free electron)と呼ばれる電子の一部が金属結晶内を自由に動き回っていることがその理由です。

\次のページで「1-2. イオン結晶」を解説!/

次のページを読む
1 2 3
Share: