高校化学 同素体と同位体の違いまとめと問題

高校化学 同素体と同位体の違いまとめと問題

同素体と同位体の違い、それぞれの特徴と例、問題のまとめです。

同素体も同位体も同じ原子というのが共通点ですが、それぞれ異なるものを指します。

例えば酸素とオゾンは同素体であり、同位体ではありません。水素は軽水素、重水素、三重水素が同位体です。

同素体や同位体にはどのような違いがあるのか、同素体と同位体の例を見ていきます。

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同素体と同位体の違い

化学 同素体と同位体の違いまとめと問題

同素体は同じ元素からできていて、化学的性質が異なるものです。同素体は硫黄(S)、炭素(C)、酸素(O)、リン(P)などで存在します。SCOP(スコップ)と覚えておくと良いでしょう。

例えばO2は酸素、O3はオゾンとなり、同じ酸素原子でできていますが、化学的性質が異なります。

同位体は同じ原子番号で質量数が異なるもの、つまり中性子の数が異なるものです。化学的性質はほとんど変わりません。

 

同素体 同位体
同じ 元素 原子番号
違い 分子・結晶 質量・中性子の数
化学的性質 異なる ほとんど同じ
O2とO3 16Oと17Oと18O

同素体の例

同素体は同じ元素で分子や結晶が異なるものです。特にSCOP(スコップ)とまとめて呼ばれる、硫黄(S)、炭素(C)、酸素(O)、リン(P)の同素体が代表的な例です。

元素 同素体
硫黄 ・斜方硫黄(S8)環状分子、八面状結晶、黄色、安定

・単斜硫黄(S8)環状分子、針状結晶、黄色、不安定で放置すると斜方硫黄

・ゴム状硫黄(Sx)高分子で結晶構造がない、褐色(高純度で黄色)放置すると斜方硫黄

炭素 ・黒鉛(C)分子間力で結合、黒色、やわらかい、電気が通る

・ダイヤモンド(C)正四面体構造の共有結合、無色透明で非常に硬い、電気を通さない、熱伝導性が高い

・フラーレン(C60)サッカーボール型の分子、医療・化粧品などで利用

酸素 ・酸素(O2)透明、空気中の約20%

・オゾン(O3)淡青色、紫外線を吸収

リン ・黄リン(白リン/P4)正四面体構造、単黄色、自然発火、毒性あり

・赤リン(P)粉末状、赤色、マッチに利用

・その他に・黒リン・紫リンなど

SCOP以外にもすずや鉄でも同素体があります。

同素体と紛らわしいもの

CO2と(二酸化炭素)とCO(一酸化炭素)、H2O(水)とH2O2(過酸化水素水)は同じ元素が使われ化学的性質が異なりますが、単体ではないため同素体ではありません。

同位体の例

同位体は原子が同じで質量数、つまり中性子の数が異なる原子のことです。ほとんどの原子で自然界に同位体が存在し、その存在比は異なります。同位体の中には放射性同位体といって、原子核が不安定で放射線を出しているものがあり、他の原子に変化することがあります。

原子 同位体と存在比
水素(原子番号1) 1H(軽水素)98.99%

2H(重水素)0.01%

3H(三重水素)微量

炭素(原子番号6) 12C 98.89%

13C 1.11%

窒素(原子番号7) 14N 99.63%

13C 0.37%

酸素(原子番号8) 16O 99.76%

17O 0.04%

18O 0.20%

硫黄(原子番号16) 32S 95.0%

33S 0.76%

34S 4.22%

鉄(原子番号26) 54Fe 5.82%

56Fe 91.66%

57Fe 2.19%

58Fe 0.33%

銅(原子番号29) 63Cu 69.09%

65Fe 30.91%

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【問題編】同位体と同素体

次の問いに答えなさい。
問1 次のア~オの中から同素体を選びなさい。

ア 酸素とオゾン

イ 水と過酸化水素水

ウ 黒鉛とダイヤモンド

エ 二酸化炭素と一酸化炭素

オ 軽水素と重水素

 

 

正解 アとウ

※ イとエは単体ではないので同素体ではない、オは同位体

問2 次のア~オの中から、同素体に関する記述として正しいものをすべて選びなさい。

ア 同じ元素からなる単体である

イ 同じ元素からなる単体・化合物である

ウ 化学的性質はほとんど同じである

エ 化学的性質が異なる

オ 同じ原子番号で質量数が異なるものである

 

 

 

正解 ア、エ

※ ウ、オは同位体に関する記述

問3 酸素の同素体で紫外線を吸収する性質があるものを化学式で答えなさい。

 

 

正解 O3

問4 リンの同素体を2つ答えなさい。

 

 

正解 黄リン(白リン)、赤リン、黒リン、紫リンなどから2つ

問5 斜方硫黄と単斜硫黄で安定しているのはどちらですか。

 

 

正解 斜方硫黄

問6 同位体である16Oと17Oと18Oの中で、最も存在比が大きいものはどれですか。

 

 

正解 16O

まとめ

・同素体は同じ元素からできていて、分子や結晶が異なる「単体」(SCOPなど)

・同位体は同じ原子番号で質量数が異なる「原子」(軽水素・重水素・三重水素など)

・同素体は化学的性質が異なるが同位体はほとんど同じ

・同位体の存在比はそれぞれ異なる