チョコチップクッキーはお好きですか？ほとんどの人が好きですよね。チョコチップクッキーが小麦粉、砂糖、ココア、ベーキングパウダー、チョコチップといった様々な材料でできているように、この世にあるすべてのものも様々な材料でできています。これらの材料は「元素」と呼ばれ、このレッスンでは「元素」についてもっと詳しく学びましょう。
学習目標
さあ、始めましょう。
元素とは、単一の種類の原子から成り、より単純な化学物質に分解できない純粋な物質です。元素は、この世に存在する他のすべての物質の構成要素です。
元素の例としては、鉄、酸素、水素、金、ヘリウムなどが挙げられます。
元素は118種類ありますが、地球上に自然に存在するのはそのうち98種類だけです。118種類の元素はすべて、元素周期表と呼ばれる標準的な元素表に示されています。簡単に言うと、周期表とは元素をリストアップする方法です。以下のようになります。
水素は宇宙で最も多く見られる元素です。また、最も軽い元素でもあります。
ヘリウムは宇宙で2番目に多い元素ですが、地球上では非常に稀です。
これらのガスは空気より軽く、気球に浮力を与えて大気圏に浮かぶことができるため、熱気球に使用されます。
各元素は1文字または2文字のコードで表されます。最初の文字は常に大文字で、2文字目がある場合は小文字で表記されます。例えば、水素の記号は\(H\) 、炭素の記号は\(C\)です。一部の文字コードはラテン語の用語に由来しており、例えばナトリウムの記号 ( \(Na\) ) は、炭酸ナトリウムを意味するラテン語の「natrium」に由来しています。
化学元素は金属、半金属、非金属の3つに分けられます。
周期表の左側に典型的に見られる金属は、
アルミニウム、鉄、銅、金、水銀、鉛は金属です。
対照的に、周期表の右側にある非金属は次のとおりです。
元素非金属の例としては、炭素や酸素などが挙げられます。
半金属は金属の特性と非金属の特性を併せ持ちます。一般的に知られている半金属は、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルルの6種類です。
元素の存在量は大きく異なります。宇宙全体では、最も一般的な元素は水素（約90%）で、次いでヘリウム（残りの10%の大部分）です。その他の元素は、私たちが検出できる限りでは、比較的少量しか存在しません。
地球では、酸素は主に他の元素と結合して地殻の質量の46.1%を占め、ケイ素は28.5%を占めています。宇宙で最も豊富な元素である水素は、地殻のわずか0.14%を占めています。
地球の地殻に最も多く存在する9つの元素の質量は約
その他の元素は0.15%未満で存在する
地球と火星で見つかった元素はまったく同じです。
体重の約96%は、酸素、炭素、水素、窒素の4つの元素のみで構成されています。
カルシウム、リン、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、塩素、硫黄は、体に大量に必要とされる主要栄養素または元素です。残りの元素は微量元素と呼ばれ、例えばコバルト、リチウム、マンガン、セレン、ヨウ素、銅などが挙げられます。これらは生命維持に必須と考えられており、0.01%以下の含有量であれば微量元素とみなされます。
元素の最小の粒子は「原子」であり、それぞれの原子はさらに小さな粒子、つまり電子、陽子、中性子で構成されています。各原子に含まれる陽子の数は原子番号と呼ばれます。これは元素において重要な番号です。各元素には固有の原子番号があります。水素は最初の元素で、陽子を1つ持つため、原子番号は1です。金は各原子に79個の陽子を持ち、原子番号は79です。標準状態の元素は、陽子と同じ数の電子も持っています。
複数の種類の原子が存在する場合、その物質は元素ではありません。化合物や合金も元素ではありません。
化合物とは、複数の元素の原子が化学結合によって結合した、多数の同一分子から構成される化学物質です。例えば、純水は水素と酸素という2つの元素から構成される化合物です。水中の水素と酸素の比率は常に2:1です。
合金とは、2つ以上の元素を溶かして作られる物質で、そのうち少なくとも1つは金属です。一般的な合金の例としては、鉄（金属）と炭素（非金属）の組み合わせである鋼、銅（金属）と錫（金属）の組み合わせである青銅、銅（金属）と亜鉛（金属）の組み合わせである真鍮などがあります。
同様に、電子と中性子の集合は元素ではありません。粒子が元素の例となるためには、必ず陽子が含まれていなければなりません。
非元素には、水、鋼鉄、電子、真鍮が含まれます。
元素はすべて同じ種類の原子からできていますが、異なる形態をとることがあります。温度によって、固体、液体、気体になります。また、原子の密度によっても異なる形態をとります。これらは同素体と呼ばれます。その一例が炭素です。炭素原子の密度によって、ダイヤモンド、石炭、グラファイトなどを形成することができます。同じ元素でも、原子の数によって中性子の数が異なる場合があり、これらは同位体と呼ばれます。同位体については、別のレッスン「同位体」で詳しく学びます。
