理科ラボ

化学基礎｜物質の構成（8）金属結合と結晶

金属は、自由電子が陽イオンをつなぐ

金属原子が出した価電子は、特定の原子にとどまらず金属全体を動き回ります（自由電子）。この自由電子が、金属の光沢・電気の通しやすさ・のびやすさのもとです。中学のふり返りから始めて、予想してから5つのステップで確かめよう。

ことばの準備

さきに知っておくこと

    ステップ1

    金属に共通する性質は？

    予想：中学で学んだ「金属に共通する性質」として、あてはまらないものは？

    灰色の＋＝金属の陽イオン、青い点＝自由電子。紫＝陽イオン、緑＝陰イオン（イオン結晶）。

    予想を選ぶと、ここで条件を変えられるようになります。

    公式

    この単元の式

    名前式ことばで言うと・単位
    金属の結合陽イオン ＋ 自由電子電子の海に陽イオンがうかぶNa → Na⁺ ＋ e⁻ の e⁻ が全体を動く
    電気の通し方動ける電荷があるとき通す自由電子（金属）・動けるイオン（融解液・水溶液）固体のイオン結晶はイオンが動けないので通さない
    融点の目安共有結合の結晶 ＞ イオン結晶 ＞ 分子結晶結びつきが強いほど高い金属結晶は −39 ℃（Hg）〜 3422 ℃（W）とさまざま

    どの結晶かは「何と何でできているか」で見分ける：金属だけ → 金属結晶、金属＋非金属 → イオン結晶、非金属だけ → 分子結晶（C・Si・SiO₂ などは共有結合の結晶）。

    重要語句

    この単元でおさえること

    確認問題へ問題ページへ →実験道具：密度をはかる金属の種類によって、密度がどうちがうか調べよう →

    実験のあとに読む

    なぜ金属はのびて、食塩の結晶は割れるのか

    何を比べる？

    金属に共通の性質、電圧をかけたときの自由電子、金属とイオン結晶をずらしたとき、4 種類の結晶の性質、金属ごとの室温での状態を比べます。

    結果をどう考える？

    金属では、陽イオンのまわりを自由電子が満たしているので、層がずれても陽イオンと自由電子の引き合いは保たれ、割れずに形が変わります。イオン結晶では、層が半分ずれると ＋ と ＋、− と − が向かい合って反発し、結晶が割れます。

    まちがえやすい点・モデルの条件

    「金属はどれも室温で固体」はまちがいです。水銀は融点 −39 ℃ なので常温で液体です。金属の融点は種類によって大きくちがいます。

    制作：現役の理科教員 ／ 制作の考え方