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リンゴを三つくっつけたところで、違う物質にはならないのに、どうして酸素原子を三つくっつけたら、オゾンという別の物質になるのでしょうか?

A 回答 (8件)

ご質問者は、「頭の良い」人が陥る質問をされているのは、知っててください。

これ、本質論のひとつです。ご質問内容は下手に回答をすると、回答者の化学への理解度が分かってしまうもののひとつです。

> 物質の最小単位である「酸素原子」は、「物質」としては存在しません
> RE:では、どういう存在なのでしょうか?

これは私の書き方が下手でしたね。
「酸素原子」は物質の最小単位としては存在しません。
ですね。
単独で存在できる最小の単位は分子で、原子は何かとくっついて分子の形、もしくは結晶の形でないと普通の状態では存在しません。
ただ、ご質問者が化学を深く学ぶにつれ、この部分は徐々に曖昧に成っていきます。ただ、このときには、その学んだ事象が物質の化学的な性質の話から外れての内容になっていることに気づくと思います。

> オゾン(分子)と酸素(分子)は、同じ酸素原子から成っていますが、まったく別の物質です
> RE:同じもので成っているのに何故、まったく別の物質なのでしょうか?

「物質」の定義を一度、正確に、調べてみてください。「酸素」の酸素としての性質、「オゾン」のオゾンとしての性質が、別な物なので、「別な物質」なのです。
物質を変化させるコトを化学変化といいます。
他の方の回答にあるように1つの同じ元素からできている2種類以上の物質を「同素体」と呼びますが、同素体どうしは、お互いに変化しやすいのですが、これも化学反応です。
酸素原子だけで考えるから分かりにくいかと思いますが、炭素、水素、酸素の各原子から成る炭水化物にどれだけの種類があるか、調べてみると良いですよ。
またはもし、ご質問者が学生なら理科の先生に頼んで、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール・・・を実際に触らせてみてもらってください。この場合は、CH2ですが、たったそれだけの違いで、性質は少しずつ異なっています。

もう一度、ご質問文を見直してみてくださいね。
「酸素原子を三つくっつけたら、オゾンという別の物質になる」とは書かれているのに、「酸素を二つくっつけたら、酸素になる」のは書かれていませんよね。字面で理解が妨げられていませんか? 意識下で分子と原子を混同していません?

以下、より混乱させてみましょうか?
P(リン)の同素体にはもっと多くの種類があります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AA%E3%83%B3# …

「物質」よりも下位の概念の部分で構成数を変えると物質の性質が変わるんです。もし、ここで物質の性質がもし変わらなければ、物質の最小単位はもっと下の部分ということになっていただけです。(化学史上は、こうやってもっとしたの部分を見つけていって「分子」までたどり着いたんです)
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この回答へのお礼

ありがとうございました。より一層、考察してみます^^ 

お礼日時:2009/08/23 16:00

電子軌道が変わるからじゃないですか。



化学変化っていうのは電子軌道がかわることで
すると原子をつなぐ結合も変化しますから
分子の立体の形も変形します。

物質の性質は最外殻の電子軌道で決まるらしいですから
そういうことじゃないでしょうか。

リンゴ3つくっつけても化学変化なんかおこりませんから
時速100万キロで3つのリンゴをぶつければ化学変化がありますが。
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それは、リンゴは、いろいろな分子からできているものなので、「物質」の性質は何個集まっても変わらないからです。


「物質」の性質を保っている最小の単位を「分子」と呼びます。この分子を調べたところ、
 オゾン分子 には、酸素「原子」が3個含まれていた。
 酸素分子  には、酸素「原子」が2つ含まれていた。
んですね。

「物質」の最小単位は、あくまでも「分子」です。これをさらに細かく分けると、オゾン分子からも酸素分子からも「酸素原子」が見つかった、というだけの話です。
物質の最小単位である「酸素原子」は、「物質」としては存在しません。酸素原子を話に出した時点で、「物質」であるリンゴとの比較はできないんです。

ご質問者の混乱の素は、おそらく、
 酸素「分子」と酸素「原子」は、同じ物もしくは何らかの「仲間」と捉えているためです。
オゾン(分子)と酸素(分子)は、同じ酸素原子から成っていますが、まったく別の物質です。これは、酸素原子をくっつけて作ったのではなく、もともと別の物質を調べたらそうなっていたというだけの話です。
ここを勘違いすると混乱しますよ。

この回答への補足

物質の最小単位である「酸素原子」は、「物質」としては存在しません
RE:では、どういう存在なのでしょうか?

オゾン(分子)と酸素(分子)は、同じ酸素原子から成っていますが、まったく別の物質です
RE:同じもので成っているのに何故、まったく別の物質なのでしょうか?

何か俺、頭が悪いな~^^;

補足日時:2009/05/06 21:30
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三個であろうと百万個であろうと酸素は酸素


ダイヤモンドも木炭も炭素は炭素
こういうものを同素体と言います

二原子であろうと三原子であろうと酸素の性質は変わっていません
オゾンは不安定なので酸素と結合しやすい物質に出会うと一個の酸素原子が抜け出して二原子の酸素(酸素分子)になり抜け出した酸素原子は他の物質と結合します
たとえば
オゾンと一酸化炭素が出会うと
オゾンから酸素一個が抜け出して一酸化炭素と結合して二酸化炭素になります
一個の酸素が抜け出た後のオゾンは酸素分子になります

この回答への補足

二原子であろうと三原子であろうと酸素の性質は変わっていません
RE:ああ、性質は変わらないのですね。ありがとうございました

補足日時:2009/05/06 22:09
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そもそもの考え方が間違っているように思います。


「別」とはどの程度別なことを言うのでしょう。
リンゴが2個あるのと3個あるのも別なことです。
酸素とオゾンも、そう違いがあるわけではありません。

この回答への補足

リンゴが2個あるのと3個あるのも別なことですRE:確かに別の事ですね。

酸素とオゾンも、そう違いがあるわけではありませんRE:ああ、酸素とオゾンはそんなに違わないんだ~。

なるほどね~~

補足日時:2009/05/06 22:02
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こちらが参考になるかと思います。


http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%90%8C%E7%B4%A0% …

同じ元素で構成されていても、結晶構造や結合の状態により、
性質が異なることがあるためです。

オゾンO3は酸素O2より、酸素が1つ多くあまり気味なので、
酸化力が強くなっています。

この回答への補足

参考にさせていただきます。ありがとうございました^^

補足日時:2009/05/06 22:11
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 人間が2人組になったらコンビ、3人組でトリオ、4人組でカルテットというでしょう。

「酸素原子が3つくっついたもの」に「オゾン」と名前を付けているだけです。

この回答への補足

三人組みでトリオ。名前は良いのですが・・・現象として同じものが三つ集まると、まったく別のものになるとは、どういう事なのでしょうか?

補足日時:2009/05/06 21:37
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では何で酸素と水素をくっつけたら水になるんでしょう。


酸素と鉄をくっつけたら酸化鉄?
炭素の並び方を変えたらグラファイトかダイアモンドかフラーレン?
理由なんか無いですよ。
元素だって何で中性子と陽子を合わせたら各種の元素になるのでしょう。

この回答への補足

元素だって何で中性子と陽子を合わせたら各種の元素になるのでしょう。
RE:素粒子の世界では、因果関係はないって事でしょうか?因果関係がないのなら、ある中性子数と陽子数を合わせるといつも、その元素になるのでしょうか?
頭が悪くてすいません^^;

補足日時:2009/05/06 21:42
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Qオゾンの極限構造

の一つで、「OーO=O」という状態がありますよね。
そのときにおける各酸素原子の電子軌道はどうなっているか?という問題がでたんですけど、いまいち分かりません。
単元としては、sp3混成軌道とか、分子軌道あたりからの出題なので、sp3とかで答えればいいとは思うんです。
僕の予想では、一番左のOが、sp3混成軌道原子、あとの二つがsp2混成軌道原子だと思うんです。なんとなく。
どうなんでしょうか?
あと、基底状態のOの電子は、「2s22px22py22pz0」ですか?それとも「2s22px22py12pz1」ですか?
それと、単結合の2電子は両方とも真中のOが出してる配位結合ですが、その2電子の入り方は、py、pzに一つずつでしょうか?それともpzに2つでしょうか?

一度に何個もの質問すいません。

Aベストアンサー

 回答も長くなってしまいすいません。

 まず、一つ目。
>一番左のOが、sp3混成軌道原子、あとの二つがsp2混成軌道原子
で合っていると思います。分かりにくかったのはあなたの解いている問題文中に参考URLにある図のような電荷の表記がなかったため、電子の数に違和感を覚えたから、でしょうか?

 次に、二つ目。
>基底状態のOの電子配置
は、フントの法則により「[He]2s22px22py12pz1」が妥当だと思います。フントの法則は教科書に載っているはずなので復習して下さい。あと、電子配置を書く場合は[He]2s22px22py12pz1のように閉殻部分を表すと良いですよ。

 最後に、三つ目。
>単結合の2電子は両方とも真中のOが出してる配位結合ですが、その2電子の入り方は、py、pzに一つずつでしょうか?それともpzに2つでしょうか?
むー。すみませんが質問内容がつかみかねます…。とりあえずスッキリ理解するために、一番左のOが、sp3混成軌道原子、あとの二つがsp2混成軌道原子として実際にオゾンの「分子軌道(全体図)」を描いてみて下さい。コッペパンみたいなのをたくさん<g> もうご存知かもしれませんがこういった分子軌道を描くときのポイントは、まず「>0=O<」に相当する部分を工夫して描く(このときsp2混成軌道同士が同じ平面上にあることを強調するように、右上がりの軌道(略すと/)を長めに、左上がりの軌道(略すと\)を短めに描く)ことです。

分子軌道が描けたら、電子をポツポツ書き入れてみてください。電荷も考慮すれば、どこにも空軌道のない(電荷は±1個ずつ)絵が出来るはず…!?その上で何か疑問があれば補足してくださいネ。

参考URL:http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/labs/new_materials/katoh/lectureH9.html

 回答も長くなってしまいすいません。

 まず、一つ目。
>一番左のOが、sp3混成軌道原子、あとの二つがsp2混成軌道原子
で合っていると思います。分かりにくかったのはあなたの解いている問題文中に参考URLにある図のような電荷の表記がなかったため、電子の数に違和感を覚えたから、でしょうか?

 次に、二つ目。
>基底状態のOの電子配置
は、フントの法則により「[He]2s22px22py12pz1」が妥当だと思います。フントの法則は教科書に載っているはずなので復習して下さい。あと、電子配置を書く場合...続きを読む

Qオゾンの配位結合について

一浪・化学偏差値60強の者です。

オゾンは、三つ目の酸素(O)が配位結合している、と問題集にありましたが、どのように配位しているのか、疑問に思っています。

酸素は、 :O::O:
      .. ..

のような電子式になると思います。
それに、酸素  .
:O.
..

が配位すると、

:O .
..
:O::O:
.. ..

 ↑このようになるのでしょうか?
よろしくお願いします!!

Aベストアンサー

まず、配位結合について説明します。
共有結合の場合には、結合している2個の原子が同数の(つまり、単結合では1個ずつ、二重結合では2個ずつ)電子を提供し、それらを共有しているのに対し、配位結合では、一方の原子が提供した電子対を共有しているという点が異なっています。
例えば、アンモニウムイオンを考える際に、アンモニアの窒素原子上の非共有電子対にH+が結合しており、形式的に窒素の持っていた電子対を共有することになるために、配位結合であると考えられます。

オゾンの結合は、
O=O→O (ただし→は配位結合で、オゾンは折れ曲がった形状の分子)
となります。
上のように書いた場合に、左端のOは酸素分子の場合と同じです。
中央のOは、酸素分子のOが持っていた非共有電子対の内の一方を配位結合に用いていることになります。
右端のOは、もともと6個の価電子を有しているところに、中央のOからの電子対を受け入れることになりますので、価電子は8個になり、オクテット則に従います。
coffeebeatさんの書かれたオゾンの電子式の上側のOが、小生の説明の右端のOに相当しますが、coffeebeatさんの式の中の不対電子は電子対でなければなりません。そうでないと電子数が合わなくなるはずです。

なお、実際のオゾン分子は、O=O→OとO←O=Oの「共鳴混成体」であり、両端のOは等価であり、2本のO-O結合も等価になっています。

配位結合に対する別の説明として、以下のものがあります。
(1) O=O + O → O=O+・ + ・O-
(2) O=O+・ + ・O- → O=O+ーO- (電子対は省略してあります)
つまり、(1)O2分子の価電子の内の1個が原子状のOに移動する。
(2)その結果、不対電子が生じるので、それを使った共有結合が出来る。
この結合を考える際には、2個のO原子状に電荷(形式電荷)が残るので、それを表記することによって電子数をオクテット則に合わせます。
この場合にも「共鳴」によって、両端のOは等価になります。

価電子をうまく書けないので、わかっていただけたかどうか心配ですが・・・

まず、配位結合について説明します。
共有結合の場合には、結合している2個の原子が同数の(つまり、単結合では1個ずつ、二重結合では2個ずつ)電子を提供し、それらを共有しているのに対し、配位結合では、一方の原子が提供した電子対を共有しているという点が異なっています。
例えば、アンモニウムイオンを考える際に、アンモニアの窒素原子上の非共有電子対にH+が結合しており、形式的に窒素の持っていた電子対を共有することになるために、配位結合であると考えられます。

オゾンの結合は、
O=O→O...続きを読む

Qオゾンの原子間の結合について

とあるサイトに「オゾン O3 は,中心の酸素原子が他の2つの原子と結合している.ルイスオクテット則に従う共鳴構造を描くとき,この構造式にはいくつの二重結合が含まれるか?」という問題が書かれていて、解答が「2本」となっているのですが、これがよくわかりません。
オゾンは、「O=O-O ←→ O-O=O」のような形で共鳴していて、1.5重結合のようなものを形成してると思います。もしLewis構造式で描くならば、上述のように二重結合は一本になると思うのですが、いかがでしょうか?

ちなみに私は一応、理系の大学生ですが、化学は得意ではありませんので、的はずれなことを書いているかもしれません。
私が間違っているならば、わかりやすく教えていただけるとありがたいです。
時間の都合上、お礼が遅くなるかもしれませんが、あらかじめご了承ください。

Aベストアンサー

>オゾンは、「O=O-O ←→ O-O=O」のような形で共鳴していて、1.5重結合のようなものを形成してると思います。もしLewis構造式で描くならば、上述のように二重結合は一本になると思うのですが、いかがでしょうか?

あなたの考えでいいと思います。
「二重結合が1本の構造が2つ存在する」ということです。これを「二重結合が2本ある」とは言わないでしょうね。解答がどういう立場で「2本」としたのかが想像できません。蛇足ですが真ん中のOに孤立電子対があるということが構造にとっては重要ですね。折れ曲がっているということが出てきます。


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