水、アンモニア、メタンおよびより大きな共有結合構造
導入済み| English | 意味 |
|---|---|
| polymer/ˈpɒlɪmə/ | ポリマー |
| repeat unit/rɪˈpiːt ˈjuːnɪt/ | 繰り返し単位 |
この観察を説明する要因は何か？
- 水分子は2つの結合を持ちますが、酸素上也に2つの非共有電子対があります。表示式による線構造は接続関係を明確に見せつつ、一部の電子情報を省略しています。
- 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
- H₂O において、酸素は2つの水素原子それぞれと1つの電子対を共有し、2つの非共有電子対を残します。NH₃ において、窒素は3つの水素それぞれと1つの電子対を共有し、1つの非共有電子対を残します。CH₄ において、炭素は4つの電子対を共有し、各水素と1つずつ共有して、外殻電子図上では非共有電子対を持ちません。各水素は2個の殻電子を達成し、炭素、窒素、酸素は自身周囲に8個の電子を持ちます。
- ポリマー：反復単位の組み込みによって作られた非常に大きな分子を含む物質；反復単位：ポリマー分子に沿って繰り返される原子の集団。
アンモニアの最外電子図に関する記述として正しいものはどれか？
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窒素は5個の外殻電子を持ち、そのうち3個は3個の水素との共有対に使われ、残りの1組は非共有電子対となる。4組の共有対であればNH4+となり、アンモニアは共有によって生成され、イオン移動では形成されない。
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
- 共有結合性物質は、小さな分子、ポリマーのような非常に大きな分子、またはダイヤモンドや二酸化ケイ素のような巨大な網目構造から構成される。ポリマーは、各分子の長さにわたって多数の反復単位が結合している：[–CH₂–CH₂–]ₙ はポリエチレンを表し、結合が括弧内を通過し、n は大きい値である。巨大な網目図は、継続する共有結合の一部のみを示しており、その正確な描画された原子数を持つ独立した分子ではない。
- 電子図式では、中心原子の電子と水素の電子にそれぞれ異なる記号を使用する。結合、非共有電子対、およびすべての外側電子を数える。分子式については、完全な分子内の各元素を数える。ポリマーについては、描画を小さな分子と呼ぶのではなく、括弧で囲まれた反復単位を特定する。ボールアンドスティック図は隙間拡大され、スケールは固定されない。 2D 線形式は、実際の 3D 配置を省略する。
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：メタンは 4+4×1=8 の全外側電子を持ち、すべて4つの共有ペアに含まれる。アンモニアもまた 5+3×1=8 ：6つの共有電子と2電子の非共有電子対を持つ。50個の C₂H₄ 反復単位を含むポリエチレンモデルには、それらの反復単位内に 100 個の炭素原子と 200 個の水素原子が含まれる；鎖端の詳細はこの簡略化された数計には含まれない。
簡略化されたポリマーには 30 個の C₂H₄ 反復単位が含まれる。それらの単位中に炭素原子はいくつあるか？ 以下の手順を用いる：既知量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。
簡略化されたポリマーは、30個のC₂H₄繰り返し単位を含む。これらの単位に含まれる炭素原子はいくつか？
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結果は60原子である。既知：30個のC2H4繰り返し単位があり、各単位には2個の炭素原子が含まれる。炭素原子数 = 30 × 2 = 60原子。繰り返し単位数は単位の構成要素を掛け合わせるものであり、このモデルでは鎖の端は含まれない。
結論とその限界を確認する
- 非共有電子対は余分な水素でも追加の結合でもない。続行を理解せずに切断された巨大網目に分子式の計数を適用してはならない。n は電荷や電子殻番号ではなく、反復単位の数を表す。ポリマー形成は有機化学でさらに発展する。
- 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。
共有結合物質はすべて小さな独立した分子から作られているという主張は誤りです：ダイヤモンド、グラファイト、珪酸塩は共有結合ですが、結晶全体に広がる巨大な網目構造を形成します。共有結合は結合の種類を指すものであり、構造の大きさを指すものではありません。
水、アンモニア、メタン、およびより大きな共有結合性構造：共有結合性物質は、小さな分子、ポリマーのような非常に大きな分子、またはダイヤモンドや二酸化ケイ素のような巨大な網目構造から構成される。ポリマーは、各分子の長さにわたって多数の反復単位が結合している：[–CH₂–CH₂–]ₙ はポリエチレンを表し、結合が括弧内を通過し、n は大きい値である。巨大な網目図は、継続する共有結合の一部のみを示しており、その正確な描画された原子数を持つ独立した分子ではない。
すべての共有結合物質は、小さな独立した分子から構成されている。
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ダイヤモンド、グラファイト、珪石は共有結合で連結されているが、結晶全体に広がる巨大網目構造を形成する。共有結合は結合の種類を指すものであり、構造の大きさを指すものではない。
繰り返し単位から構築された非常に大きな分子を含む物質：技術用語を記せ。
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ポリマーとは、繰り返し単位から構築された非常に大きな分子を含む物質を意味する。