炭素とケイ素
このノートの問いがそのまま復習カードになり、忘れかけたころに出題されます。
根拠は高等学校学習指導要領（平成30年告示）「化学」の内容 (3) ア (ｱ) ㋐「典型元素」。
告示は「典型元素の性質が周期表に基づいて整理できることを理解すること」を求めている。
14 族の同族元素として、炭素・ケイ素の単体と化合物を扱う。
0. どういう論点か
14 族の価電子は 4 個。共有結合を 4 本作れるので、巨大な構造を組めます。
炭素の同素体とケイ素の化合物は、どちらも構造で性質が決まるのが共通点です。
| 物質 | 構造 | 性質 |
|---|---|---|
| ダイヤモンド | 立体的な共有結合の結晶 | 非常に硬い・電気を通さない |
| 黒鉛 | 層状（層の間はファンデルワールス力） | 軟らかい・電気を通す |
| 二酸化ケイ素 | 共有結合の結晶 | 硬く融点が高い・水に溶けない |
引っかけの分かれ目は次の 3 つ。
- 黒鉛が電気を通すのは、価電子 4 個のうち 1 個が層内を動けるから
- 二酸化ケイ素はフッ化水素酸には溶ける（ガラスが溶けるのはこのため）
- 一酸化炭素は還元剤で、水に溶けにくく中性（二酸化炭素は水に溶けて酸性）
1. 炭素の同素体
根拠: 学習指導要領 化学-(3)-ア-(ア)-㋐
炭素の同素体を 3 つ挙げると？
ダイヤモンド・黒鉛（グラファイト）・フラーレン
カーボンナノチューブも同素体に含める。
ダイヤモンドが非常に硬いのはなぜ？
4 個の価電子すべてが共有結合に使われ、立体的な網目構造をつくっているから
電気は通さない（動ける電子が無い）。
黒鉛が電気を通すのはなぜ？
価電子 4 個のうち 1 個が層の中を自由に動けるから
平面が層状に重なった構造をもつ。
黒鉛が軟らかく、はがれやすいのはなぜ？
層と層の間が弱いファンデルワールス力で結ばれているだけだから
鉛筆の芯や潤滑剤に使われる。
2. 炭素の酸化物
根拠: 学習指導要領 化学-(3)-ア-(ア)-㋐
一酸化炭素の性質は？
無色・無臭で水に溶けにくく、有毒。還元作用をもつ
高温で金属酸化物を還元する（製鉄で使われる）。
一酸化炭素が有毒なのはなぜ？
ヘモグロビンと強く結び付いて、酸素の運搬を妨げるから
不完全燃焼で生じる。
一酸化炭素を実験室で作るには？
ギ酸に濃硫酸を加えて加熱する
濃硫酸の脱水作用を使う。
二酸化炭素の水溶液の液性は？
弱酸性（炭酸が生じる）
一酸化炭素は水に溶けにくく中性で、ここが対照的。
ドライアイスはどんな結晶？
分子結晶
昇華して気体になる。
3. ケイ素とその化合物
根拠: 学習指導要領 化学-(3)-ア-(ア)-㋐
ケイ素の単体は自然界に存在する？
存在しない
二酸化ケイ素やケイ酸塩として、地殻中に酸素の次に多く含まれる。
ケイ素の単体は何に使われる？
半導体（太陽電池・集積回路）
ダイヤモンドと同じ構造をもつ結晶で、高純度にして使う。
二酸化ケイ素はどんな物質として存在する？
石英（水晶）・ケイ砂
共有結合の結晶で、非常に硬く融点が高い。
二酸化ケイ素が溶けるのはどんな試薬？
フッ化水素酸（と、加熱した濃い水酸化ナトリウム水溶液）
ふつうの酸には溶けない。
二酸化ケイ素に水酸化ナトリウムを加えて融解すると何ができる？
ケイ酸ナトリウム
水を加えて加熱すると、粘り気のある水ガラスになる。
ケイ酸ナトリウム水溶液に塩酸を加えると何ができる？
ケイ酸（白色ゲル）
これを乾燥させると、乾燥剤に使うシリカゲルになる。
シリカゲルが乾燥剤として働くのはなぜ？
多孔質で表面積が大きく、水分を吸着するから
化学反応ではなく吸着による。