同素体は同じ一種類の元素からできる単体で性質の異なるものとありますが同じ元素の時点で陽子数が同じだか

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質問者：ryo256289324361400
質問日時：2020/03/07 19:16
回答数：2件

同素体は同じ一種類の元素からできる単体で性質の異なるものとありますが同じ元素の時点で陽子数が同じだから基本的性質同じなので異なることなんてないんじゃないですか？化学苦手なのでなぜ異なるのか教えてください

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回答 (2件)

No.2ベストアンサー

回答者：むらさめ
回答日時：2020/03/07 20:10

>同素体　同じ一種類の元素からできる単体

確かにそうなのですが、原子の並び方が異なることや、それにより難しい物理的な量子的な性質が変化することで、性質が異なってきます。

私は冶金屋なので、
例えば、鉄Feは、高温の　1392℃～1536℃　でBCC(体心立方格子)という結晶構造を持ち
911℃-1392℃　ではFCC(面心立方格子)という結晶構造を持ち、FCC構造はHCP構造と同様に、原子の並び方で一番稠密に原子が充填される結晶構造です。
更に、911℃　以下の温度では、再びBCC(体心立方格子)という結晶構造になります。

鉄は常温から加熱していくと、熱膨張をしていきますが、911℃近辺で結晶構造が再配列して収縮します。
そして、また加熱と共に熱膨張し、1392℃近辺で結晶構造が元のBCCに戻り、急激に膨張し、そのまま熱膨張をして融点1392℃で溶解します。

この結晶構造が変化するすなわち原子の並び方の性質により、柔らかくなったり固く強くなったりと、同じ元素からできている物質でも性質が変化します。

炭素Cは、ダイヤモンドや黒鉛、カーボンナノチューブ等、同じ炭素原子だけから出来ているのに、原子の並び方が異なることで性質が大きく変化して、現在、ホットな研究対象がいくつもあります。

大学の材料系学科では、原子の並び方、結晶構造の並び方の変化　相変態　を上記の鉄も炭素も基礎課程で詳しく教えられて性質の変化もきっちりと叩き込まれて、それが研究対象になるのですが、
中高の化学では、相変態について　固相・液相・気相　程度しか教えないので実感しにくいかも知れないですね。