元素の原子価
原子価とは、ある元素の原子が他の原子と形成できる化学結合の数です。ローマ数字でI、II、III、IV…と表記されます。
これは7年生の化学で最初に学ぶ概念の一つであり、理解せずに暗記されることが多い概念の一つでもあります。しかし、その必要はありません。原理は簡単だからです。
原子は突起のあるブロック
各原子が特定の数の突起を持つブロックだと想像してみてください。ブロックは、すべての突起が対になったときにのみ結合します。
| 元素 | 原子価 | つまり、…の突起を持つブロック |
|---|---|---|
| 水素 (H) | I | 1つの突起 |
| 塩素 (Cl), フッ素 (F) | I | 1つの突起 |
| 酸素 (O) | II | 2つの突起 |
| 硫黄 (S) | II (IVおよびVIも) | 2つの突起 |
| 窒素 (N) | III | 3つの突起 |
| リン (P) | III (Vも) | 3つの突起 |
| 炭素 (C) | IV | 4つの突起 |
そして、問題で最もよく登場する金属は次のとおりです。
| 元素 | 原子価 |
|---|---|
| ナトリウム (Na), カリウム (K) | I |
| カルシウム (Ca), マグネシウム (Mg), 亜鉛 (Zn) | II |
| アルミニウム (Al) | III |
| 鉄 (Fe) | II または III |
| 銅 (Cu) | I または II |
そもそも原子価は何のためにあるのか？
原子価のおかげで、原子がどのような比率で分子を形成するかがわかります。いくつかの例を挙げます。
- 水 H₂O — 酸素には2つの突起があり、水素にはそれぞれ1つの突起があります。したがって、酸素は正確に2つの水素を受け入れます。1つでも3つでもなく、2つです。
- アンモニア NH₃ — 窒素には3つの突起があるので、3つの水素と結合します。
- メタン CH₄ — 炭素には4つの突起があるので、4つの水素を取ります。
- 二酸化炭素 CO₂ — 炭素 (IV) は2つの酸素 (それぞれII) と結合し、これらの結合はそれぞれ二重結合です。
よくある間違い：式を覚えるためのランダムな組み合わせとして扱うこと。しかし、式は常に原子価から導き出されます。突起の数を知っていれば、一度も見たことがない式でも自分で導き出すことができます。
原子価はどこから来るのか？
原子の構造から来ています。原子は、その最外殻電子が満たされるように努めます。水素は「対を補完する」ために1つの電子を持っています。これが1つの結合の理由です。酸素は完全になるために2つの電子が不足しています。これが2つの結合の理由です。炭素は4つの電子を共有できます。これが4つの結合の理由です。7年生では、突起の規則自体を覚えるだけで十分です。電子的な説明は後で出てきて、それを裏付けるだけです。
暗記せずに定着させるには？
最も速い方法は、組み立てることです。Cząsteczki.plでは、各原子には結合のための空きスペースが明確に表示されており、その数は原子価と同じです。規則に従わずに原子を結合しようとすると、単に結合しません。いくつかの分子を組み立てると、I、II、III、IVの数字は自然に記憶されます。なぜなら、それらが実際に機能するのを見たからです。