9年生

非金属：塩素・炭素・ケイ素

分子性の塩素と、炭素・ケイ素化合物の網目構造や層状構造を比べます。

直観非金属は多様な結合をつくる

プールの刺激臭、鉛筆の炭素、ガラスの砂は、それぞれ異なる非金属に由来します。一般に電子を受け取るか共有し、金属格子はつくりません。

同じ元素でも形はさまざまです。炭素は鉛筆の黒鉛や宝石のダイヤモンドとなり、二酸化ケイ素は地殻の主要成分です。

H–H、Cl–Cl結合が切れ、2本のH–Cl結合ができる様子を示します。結合変化の図であり、反応エネルギー計算ではありません。

定義: 非金属

原子が共有結合分子や陰イオンをつくることの多い元素です。状態、電気伝導性、構造は多様です。

塩素は黄緑色のCl₂分子からなる気体です。水に溶け、一部は塩酸と次亜塩素酸を生じます。

\ce{Cl2 + H2O <=> HCl + HClO}

次亜塩素酸は多くの生体分子を酸化するため、消毒に役立ちます。家庭用漂白剤は通常、塩素ガス水ではなく次亜塩素酸塩水溶液です。

二酸化炭素は植物が光合成に用いる分子性気体で、一酸化炭素は不完全燃焼で生じる有毒気体です。二酸化ケイ素は広がった網目構造をつくる硬い固体で、独立したSiO₂分子の集まりではありません。

\ce{C + O2 -> CO2}

例: 生成する二酸化炭素の量

炭素0.50 molを過剰な酸素中で完全燃焼させます。CO₂の物質量を求めます。

解答

反応式のC:CO₂比は1:1なので、n(CO₂)=0.50 molです。M(CO₂)=44.0 g mol⁻¹より約22 gです。

黒鉛は三角形配置の炭素原子層からなり、層内は強い共有結合、層間は弱い相互作用で滑りやすく、非局在電子が層方向の伝導を担います。ダイヤモンドは三次元の四面体共有結合網目です。

ケイ素は価電子を4個もち、ダイヤモンド型格子をつくります。13族または15族元素を制御して置換ドープするとp型・n型半導体となり、素子の特性は純粋なSiだけでなく不純物制御に依存します。

例: 2種類の炭素酸化物を区別する

酸素不足で燃えるストーブでは、COとCO₂のどちらが直接の急性毒性リスクですか。

解答

急性中毒の危険はCOです。ヘモグロビンに強く結合し、酸素運搬を妨げます。高濃度CO₂も酸素欠乏や高二酸化炭素血症を起こし危険ですが、毒性機構は異なります。