第7族：分子、化合物および逆の傾向
導入済み| English | 意味 |
|---|---|
| halogen/ˈhælədʒn/ | ハロゲン |
| diatomic molecule/ˌdaɪəˈtɒmɪk ˈmɒlɪkjuːl/ | 二原子分子 |
この観察を説明する要因は何か？
- 塩素はヨウ素よりも反応性が高いですが、ヨウ素の方が融点・沸点が高いです。化学的反応性と物理状態は異なる説明に従います。
- まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。
モデルを構築する
- 第7族ハロゲンは、外殻電子が7個非金属元素です。その元素は 二原子分子、すなわち Cl₂、Br₂、I₂ などから構成されます。通常の室温付近で塩素は薄い緑色の気体、臭素は赤茶色の液体、ヨウ素は灰色の固体ですが、加熱すると紫色の蒸気を生じます。族を下going goingするにつれて、相対分子量、融点、沸点は増加します。反応性は塩素→臭素→ヨウ素 で減少します。
- ハロゲン：外殻電子が7個ある第7族の非金属元素；二原子分子：2個の原子からなる分子。
正しい比較はどれか？
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第7族における反応性と沸点の傾向は逆である：塩素は小さく電子を受け取りやすく反応性が高い。ヨウ素は分子が大きく、分子間力が強いので沸点が高い。ハロゲンは二原子非金属である。
各専門用語を正確な意味と対応させよ。
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関連する物理量やプロセスを区別するために定義を使用せよ。
これを検証できる証拠を選ぶ
- ハロゲンは金属と反応して電子を受け取り、−1ハライドイオンを形成し、NaClのようなイオン性塩を生成します。非金属との反応では、通常、共有結合電子対を通じて共結合化合物、例えば HCl を形成します。族を下going goingするにつれて、外側電子層は核から離れており内側電子による遮蔽が大きくなるため、核電荷が増加しても外来電子への引力は減少します。これは電子を失う第1族とは逆の反応性の傾向です。
- 提供された分子図、状態、反応データを、ハロゲン単体で扱うことなく比較する。塩素と臭素は、教員の承認を得た容器内での取扱いおよび換気が必要である。外観カードを使用すれば、必要な証拠を安全に得ることができる。反応性の比較には同じ条件を用いる。傾向から未知のハロゲンの反応性が高いか低いかを予測し、正確な沸点を捏造してはならない。
この場合、調査やモデルをより妥当にする2つの習慣は何か。
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条件や仮定を明記することで他者が正確に再現でき、根拠となる証拠を記録することで結論を検証できます。相反する結果を隠すと、誤った結論を疑う証拠を失いますし、単一の測定でより広い主張を成立させることはできません。
既知の量から始める
- 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
- 既知：提供された相対原子質量 Cl=35.5 および Br=80 を用いて、相対分子量は Cl₂=2×35.5=71、Br₂=2×80=160 となる。臭素の方が分子量が大きく、塩素の方が反応性の高い元素である。どちらの数値も単位はグラムではなく、それぞれ二原子分子を指す。
ヨウ素のAr=127を用いて、I₂の相対分子量を計算せよ。同じ手順を用いる：既知の量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。
ヨウ素の相対原子質量を127として、I₂の相対分子質量を計算せよ。
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結果は 254 である。既知：I2 の Ar(I) = 127。Mr = 2 × 127 = 254。相対分子量は二原子分子の両方の原子を含む。
結論とその限界を確認する
- ハロゲン元素とそのハライドイオンは、電子数と性質が異なる。塩素 Cl₂ は Cl⁻ と表記されない。沸点の上昇が電子獲得速度の上昇を示すわけではない。固体の塩化ナトリウムは白色であるが、塩素ガスは緑色である。
- 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。
沸点が高いハロゲンほど化学的に反応性が高いという主張は誤りです：沸点は分子間引力によって決まる物理的性質であり、Groupを下るにつれて強まります。一方、反応性（電子を受け取るやすさ）はGroupを下るにつれて弱まります。これらの傾向は逆方向です。
族7：分子、化合物、相反する傾向：ハロゲンは金属と反応して電子を受け取り、−1のハライドイオンとなり、NaClのようなイオン性塩を生成する。非金属との反応では一般的に電子対の共有により共価結合化合物（例：HCl）を形成する。族を下るにつれ、最外殻は核から離れ、遮蔽効果が増大するため、核電荷が大きくなっても外来電子への引力は減少する。これは電子を失う族1とは逆の反応性の傾向である。
沸点が高いハロゲンほど化学的に反応性が高い必要がある。
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沸点は分子間引力によって決まる物理的性質であり、族を下るにつれて強くなる。反応性（電子を受け取る ease）は族を下るにつれて弱まる。これらの傾向は逆方向に走る。
外側電子が7個を持つ第7族非金属元素：専門用語を記せ。
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ハロゲンとは、外側電子が7個を持つ第7族非金属元素のことである。