キーワード
高校、化学、教材、自主編成、教科書、（高校化学、化学教材）
０２．２
林 正幸
２．化学結合と結晶（その１）
授業計画
時間 項 目 備 考
１ １．原子価と命名法 「原子価カード」
宿題：化学式と名称
２ ２．原子の構造と電子配置 ［ａ］電子の発見
［ｂ］原子の構造 カラーマグネット
３ ［ｃ］電子配置 宿題：電子配置図
［ｄ］原子スペクトル
４ ３．イオン結合 ［１］〜［４］
問
５ ［５］ 小テスト返却
４．共有結合 ［１］〜［３］
６ 問
［４］〜［５］
（以下はその２）
７ 実習１．結晶モデルと分子モデル 実習
８ ５．金属結合
実習のまとめ 宿題：バッキーボールの製作
９ ６．イオン結晶と金属結晶 ［ａ］結晶と無定形
［ｂ］金属結晶
［ｃ］イオン結晶
［ｄ］電導性 ガラスの電導性
１０ ［ｅ］変形性
７．分子間力と沸点 ［ａ］分子間力
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［ｂ］電気陰性度 ３Ｄ−ボックス
［ｃ］極性による引力
［ｄ］水素結合
１１ ［ｅ］水の沸点
８．分子結晶と共有結晶 ［ａ］分子結晶 二酸化炭素の結晶モデル
［ｂ］水の結晶 水の結晶モデル
正四面体
［ｃ］共有結晶
［ｄ］同素体 バッキーボールモデル
斜方硫黄の結晶モデル
１２ 宿題（演習）
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Ｎｏ
１．原子価と命名法
［ａ］原子価
［１］物質が原子からできていることが確信されると、次は原子がどのようにして（結合）
するか、が重要なテーマになった。
（電気分解）の研究から、物質は陽性の部分と陰性の部分が電気的引力で結合している
と考えられた。しかし次々に発見される複雑な化学式をもつ（有機化合物）を前にして化
学者たちは戸惑った。そしていくつもの試行錯誤の上に、ついに１８６１年に（ケクレ）
はその著書で（原子価）の理論を発表した。
［２］次に示すように、それぞれの原子は決まった数の「手」を持っており、その手をす
べて相手原子とつないで物質ができる。原子が結合するために持っている「手」の数は
（原子価）と呼ばれる。
Ｎａ １価 Ｏ ２価
Ｍｇ ２ Ｃｌ １
Ａｌ ３ Ｉ １
Ｋ １ ＯＨ（水酸基） １
Ｃａ ２ ＣＯ3（炭酸基） ２
Ｆｅ ３ ＮＯ3（硝酸基） １
Ｃｕ ２ ＳＯ4（硫酸基） ２
Ｚｎ ２ ＨＣＯ3（炭酸水素基） １
Ａｇ １
Ｈ １
Ｃ ２，４
Ｎ ２，３，４
Ｐ ３，５
Ｓ ２，４，６
ＮＨ4（アンモニウム基） １
原子価が１種でない原子もある。それからばらけることが少ない原子の集団は「基」と
呼ばれる。（基）についてはその内部の結合を忘れて全体としての原子価を使えばよい。
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上の表では左に示したものが化学式の左側に来ることが多く、右に示したものが化学式
の右側に来ることが多い。原子価に基づいて主な物質の記号（化学式）が書け、その名称
が言えることが重要である。
問１ 次の原子や基でできる物質の化学式を書け。
（１）Ｍｇ と Ｃｌ ＭｇＣｌ2
（２）Ａｌ と Ｏ Ａｌ2Ｏ3
（３）Ｓ（４価）と Ｏ ＳＯ2
（４）Ａｇ と ＮＯ3 ＡｇＮＯ3
（５）ＮＨ4 と ＳＯ4 （ＮＨ4）2ＳＯ4
［ｂ］命名法
無機物質に対する命名法は次のようである。
（１）単体は（元素名）を使う。
Ｚｎ 亜鉛 Ｃｌ2 塩素
（２）化合物は（右側）から始める。それが原子の場合は元素名の末尾を（化）に変える。
ＣｕＯ 酸化銅
Ｈ2Ｓ 硫化水素
ＮＨ4Ｃｌ 塩化アンモニウム
（３）右側が基の場合は基の名称から「基」を（除く）（水酸基は例外）。
Ｎａ2ＣＯ3 炭酸ナトリウム
ＮａＨＣＯ3 炭酸水素ナトリウム
Ｃａ（ＯＨ）2 水酸化カルシウム
（４）右側が基で左側が水素の場合は（水素）を言わない。
ＨＮＯ3 硝酸
Ｈ2ＳＯ4 硫酸
（５）原子価が２種以上で、似た物質が存在する場合は（漢数字）を使う。
ＣＯ2 二酸化炭素
Ｐ2Ｏ5 五酸化二リン
参考：別の命名法もある（９章参照）。
（６）（慣用名）をそのまま使うこともある。
Ｈ2Ｏ 水 ＮＨ3 アンモニア
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Ｎｏ
化学式と名称（宿題）
１．次の物質の名称を書け。
化学式 名称 化学式 名称
Ｆｅ ＡｇＣｌ
Ｎ2 Ａｇ2Ｏ
Ｐ ＡｇＮＯ3
Ｃｌ2 ＺｎＣｌ2
ＮａＣｌ ＺｎＳＯ4
ＮａＯＨ ＨＦ
Ｎａ2ＳＯ4 ＨＣｌ
Ｎａ2ＣＯ3 Ｈ2Ｏ
ＮａＨＣＯ3 Ｈ2Ｓ
ＫＩ Ｈ2ＳＯ4
ＫＮＯ3 ＨＮＯ3
ＭｇＣｌ2 Ｈ2ＣＯ3
ＭｇＯ ＣＨ4
Ｍｇ（ＯＨ）2 ＣＯ
Ｃａ（ＯＨ）2 ＣＯ2
ＣａＣＯ3 ＮＨ3
Ｃａ（ＨＣＯ3）2 ＮＯ
Ａｌ2Ｏ3 ＮＯ2
Ａｌ2（ＳＯ4）3 Ｐ2Ｏ5
Ｆｅ2Ｏ3 ＳＯ2
Ｆｅ（ＯＨ）3 ＳＯ3
ＣｕＯ ＮＨ4Ｃｌ
ＣｕＳ （ＮＨ4）2ＳＯ4
ＣｕＳＯ4 ＮＨ4ＮＯ3
Ｃｕ（ＮＯ3）2
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２．次の物質の化学式を書け。
化学式 名称 化学式 名称
鉄 塩化銀
窒素 酸化銀
リン 硝酸銀
塩素 塩化亜鉛
塩化ナトリウム 硫酸亜鉛
水酸化ナトリウム フッ化水素
硫酸ナトリウム 塩化水素（塩酸）
炭酸ナトリウム 水
炭酸水素ナトリウム 硫化水素
ヨウ化カリウム 硫酸
硝酸カリウム 硝酸
塩化マグネシウム 炭酸
酸化マグネシウム メタン
水酸化マグネシウム 一酸化炭素
水酸化カルシウム 二酸化炭素
炭酸カルシウム アンモニア
炭酸水素カルシウム 一酸化窒素
酸化アルミニウム 二酸化窒素
硫酸アルミニウム 五酸化二リン
酸化鉄 二酸化硫黄
水酸化鉄 三酸化硫黄
酸化銅 塩化アンモニウム
硫化銅 硫酸アンモニウム
硫酸銅 硝酸アンモニウム
硝酸銅
（ ）組 （ ）番 氏名（ ）
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Ｎｏ
２．原子の構造と電子配置
［ａ］電子の発見
［１］原子価というのは多くの物質の化学式を検討する中から引き出された。しかしこれ
は原子がどのようにして結合するかの入口に過ぎない。その秘密を解明するには、ドルト
ンが「それ以上分割できない」とした原子をさらに小さい部分に（分割）して、それから
原子がどのように（組み立て）られているかを探る必要があった。
［２］（放電）という現象は、ふつう導線の中に隠れて流れている（電気）がその（正
体）をさらけ出す場面である。１８９７年に（トムソン）は下図のような真空容器中で放
電を研究し、電気はマイナス極からプラス極に向かう（負）電気をもつ小さい（粒子）で
あり、電場や磁場によってその軌道が曲げられる程度から、もっとも小さい水素原子のさ
らに１／２０００の質量しか持たないことを見抜き、この粒子が原子をつくる（電子）で
あることを発見した。
（ポーリング「一般化学」（岩波）より）
［ｂ］原子の構造
［１］それから、原子核の発見、原子番号の発見、中性子の発見などにより、１９３０年
代には原子の構造は次のようであることが明らかになった。
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［２］原子は中心に（正）電気をもつ（原子核）があり、そのまわりをいくつかの（電子）
が運動している。原子核は原子の大きさのおよそ（１万分の１）であり、それはいくつか
の（陽子）といくつかの（中性子）からできている。陽子の質量と中性子の質量はほとん
ど（同じ）で０.２％しか違わない。これに対して電子はその（１／２０００）であり、原
子の質量の大部分は極めて小さい原子核に（集中）している。そして陽子と中性子の個数
の合計は（質量数）と呼ばれる。その数値で原子の質量をほぼ表現できるからである。
［３］陽子は（正）電気を持ち、電子はそれと（同じ）大きさの負電気を持つ。これに対
して中性子はその名のとおりに電気的に（中性）である。かくして原子核の中の陽子の個
数と同じだけの電子が集まって電気的に中性の（原子）になる。原子核の中の陽子の個数
は（原子番号）と呼ばれる。すでに触れたように周期表は原子番号の順に並べられており、
原子番号で原子の（種類）を区別することできる。
［４］原子の大きさはどれくらいだろうか。原子は種類によって大きさが異なるが、およ
そ（１億分の１センチ）である。つまり物質を１億倍に拡大すると、原子は１ｃｍ、
２ｃｍ、３ｃｍ・・・に見えるのである。１億倍とはソフトボールを地球の大きさにする
ことに相当する。
問１ 次のそれぞれの原子について、その陽子、中性子、電子の個数を答えよ。
（１）リチウム（7 3Ｌｉ） （２）炭素（12 6Ｃ） （３）リン（31 15Ｃ）
陽子 ３ ６ １５
中性子 ４ ６ １６
電子 ３ ６ １５
参考：元素記号の（左上）に質量数を、（左下）に原子番号を書く。このプリントはワー
プロの制約からずれて表現されている。
（続く）
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Ｎｏ
［ｃ］電子配置
［１］化学にとっては原子核のまわりを電子がどのように運動しているか、がもっとも重
要である。１９１３年に（ボーア）は水素についての（原子スペクトル）の研究から、原
子核のまわりを運動する電子の軌道は（とびとび）であることを解明した。それは内側か
ら（Ｋ殻）、（Ｌ殻）、（Ｍ殻）、Ｎ殻・・・と呼ばれ、その中間の軌道は存在しない。
その軌道はとりあえず円で表されるが、本当は球面になっていると考えられ、それは何重
もの玉子の殻のようであり、（電子殻）と呼ばれる。そしてそれぞれの電子殻に入ること
ができる電子の個数は決まっており、Ｋ殻は（２）個まで、Ｌ殻は（８）個まで、Ｍ殻は
（１８）個まで、Ｎ殻は３２個まで・・・となっている。
［２］そして１８番の原子までは、原子番号が増えるにつれて（内側）の電子殻から電子
が入っていく。このように電子がどの電子殻（軌道）にいくつ入って運動しているかは
（電子配置）と呼ばれる。この電子配置こそは、原子の結合を考えるカギになる。
問２ １から２０番までの原子の電気配置の表を完成せよ（宿題）。
参考：とりあえず原子番号を知ったら、電子配置が描けるようにする。
［ｄ］原子スペクトル（実験のまとめ）
［１］手づくり（分光器）で水素放電管の原子スペクトルを調べると
赤色、青緑色、藍色、紫色
という（特定の）色の光のみが、そして水銀では
黄色、黄緑色、藍色、紫色
という特定の色の光のみが観察された。これは太陽が虹の７色すべての光を含んでいるの
と対照的である。
参考：蛍光灯のスペクトルでは水銀の原子スペクトルとして観察された色が強い（明る
い）。これは蛍光灯に（水銀）が含まれていることを示している。
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［２］光は波の性質を持っており、それぞれの色は（波長）でいうと次のようになる。
赤外線（見えない） ７７０ｎｍ（ナノメートル）以上
赤色 ７７０〜６４０
橙色 〜５９０
黄色 〜５５０
緑色 〜４９０
青＆藍色 〜４３０
紫色 〜３８０
紫外線（見えない） ３８０ｎｍ以下
（参考：１ ｎｍ＝１／１０００，０００，０００ ｍ＝１０００万分の１センチ）
そして光は粒の性質も持っており、それは（光子）と呼ばれる。波長が短い光ほどより
大きい（エネルギー）を持った光子からできている。日焼けのように、紫外線の化学的作
用が強いのはその一例である。
［３］放電では電子が走り抜けるので、その中の原子は電子殻に入っている電子がはじき
飛ばされたり、より外側の電子殻に持ち上げられたりする。そして外側の電子殻の電子が
より内側の空いた電子殻に（落ち込む）ときに光が発生する。
一般に軌道のエネルギーは外側ほど（大きく）、またエネルギーの全体の量は一定に保
たれるので、軌道の（エネルギー差）に応じたエネルギーを持つ光子が発生する。したが
って水素原子や水銀原子が特定の色の光のみを発生するというのは、電子の軌道がとびと
びであることを想起させる。
［ｅ］考察
（１）原子の構造が解明された歴史をもっとくわしく研究してみよう。
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Ｎｏ
３．イオン結合
［１］原子の電子配置が発表されるや、化学者たちはただちに原子の結合（化学結合）の
ひとつを解明できた。
すでに１８族元素（希ガス）が他の原子と化合物をつくらないことが知られており、そ
れは希ガスの（電子配置）が安定でそれ以上の変化をしないからと理解される。となれば
それ以外の原子はその電子配置が（不安定）で、希ガスの電子配置になろうとする。
［２］たとえば塩化ナトリウムでは、ナトリウム原子は最も外側の電子殻の電子（最外殻
電子）を（１）個失えば、（ネオン）と同じ電子配置になる。それは陽子１個分の正電気
を持つ粒子に、つまり（１）価の（陽）イオンになることである。
他方で塩素原子は「最外殻」に電子（１）個を得れば（アルゴン）と同じ電子配置にな
る。それは電子（１）個分の（負）電気をもつ粒子に、つまり１価の陰イオンになること
である。
こうしてナトリウム原子と塩素原子は電子１個をやり取りして、ナトリウムイオン
Ｎａ+ と塩化物イオンＣｌ- になってその（電気的引力）で結合し、ＮａＣｌ という化
学式になる。
このように原子が電子を（やり取り）して陽イオンと陰イオンになり、その電気的引力
によって形成される化学結合は（イオン結合）と呼ばれる。
注意：陰イオンの呼び方に注意しよう。
［３］塩化マグネシウムではどうだろうか。マグネシウム原子は（最外殻）の電子２個を
失えばネオンと同じ電子配置になり、（２）価の（陽）イオンであるマグネシウムイオン
Ｍｇ2+ になる。
だからマグネシウム原子は（２）個の塩素原子とそれぞれ電子１個をやり取りして、
（マグネシウムイオン）と塩化物イオンになってイオン結合し、（ ＭｇＣｌ2 ）という化
学式になる。
これでナトリウム、マグネシウム、塩素などの（原子価）の秘密が解明された。
参考：Ｎａ+、Ｃｌ-、Ｍｇ2+ のようなイオンの記号は（イオン式）と呼ばれる。その書
き方を確認しておこう。
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［４］以上のことは、最外殻電子のみを元素記号のまわりにドット（点）で表す（電子
式）を使って次のように書くと分かりやすい。
参考：最外殻電子ではなく、原子価に関係する電子という意味で価電子という用語が使わ
れることもある。最外殻電子とほぼ同じだが、希ガスは他の原子と結合しないので
価電子は０とされる。
問 イオン結合する次の物質の電子式と、それから導かれる化学式を書け。
（原子番号：3Ｌｉ、8Ｏ、9Ｆ、11Ｎａ、12Ｍｇ、13Ａｌ、16Ｓ、17Ｃｌ ）
（１）塩化リチウム （２）酸化マグネシウム
（３）硫化ナトリウム （４）フッ化アルミニウム
参考：基に由来するイオンの化学式と名称は次のようである。
ＮＨ4+ アンモニウムイオン ＯＨ- 水酸化物イオン
ＮＯ3- 硝酸イオン ＳＯ4 2- 硫酸イオン
［５］ところでどのような原子がイオン結合を形成するだろうか。すでに金属が（陽イオ
ン）になることを学習した。そして非金属の一部は陰イオンになる。もちろん（希ガス）
は除かれる。単純に言うと、イオン結合は（金属）原子と（非金属）原子の間に形成され
る。
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Ｎｏ
４．共有結合
［１］それでは水素や水はどのように結合しているだろうか。これに対して１９１６年に
（ルイス）は（電子の共有）という考えを提唱した。水素原子は最外殻（といっても１番
内側の電子殻だが）に電子を（１）個増やせば（ヘリウム）と同じ電子配置になる。そこ
で２個の水素原子はそれぞれの電子１個ずつを対（つい ペア）にして（共有）して、こ
れを互いに自分の電子と見なして（希ガス）の電子配置を実現する。こうして水素は（
Ｈ2 ）という化学式になる。
酸素原子は（最外殻）に電子を２個増やせばネオンと同じ（電子配置）になる。そこで
酸素原子は（２）個の水素原子とそれぞれ（１）対の電子を共有して、水は Ｈ2Ｏ という
化学式になる。
［２］このように原子が（電子）を共有することによって形成される化学結合は（共有結
合）と呼ばれ、共有している電子の対を（共有電子対）と言う。ちなみに酸素分子 Ｏ2 で
は、２個の酸素原子が２対の電子を共有する。このような共有結合は（二重結合）と呼ば
れる。
これで水素、酸素などの原子価と、４価の炭素、２価の硫黄などの原子価の秘密が解明
された。しかし２価の炭素、４，６価の硫黄などの原子価の秘密は残されている。
［３］電子式では共有電子対を２つの原子の間に書いて次のように表現する。
参考：電子を書く位置は上下左右の４カ所で、原子の場合に対で書くのは最小にする（ヘ
リウムは別）。
問 次の分子の電子式を書け（左辺は不要）。また共有電子対を線で表した（構造式）を
書け。
（原子番号：1Ｈ、6Ｃ、7Ｎ、8Ｏ、16Ｓ、17Ｃｌ ）
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（１）塩化水素（ ＨＣｌ ） （２）硫化水素（Ｈ2Ｓ）
（３）アンモニア（ ＮＨ3 ） （４）窒素（ Ｎ2 ）
（５）二酸化炭素（ ＣＯ2 ） （６）水酸化物イオン（ ＯＨ- ）
［４］ところで電子の共有とはどのようなことだろうか。ルイスは次のような図を描いて
説明している。
（久保昌二「化学史」（白水社）より）
しかし本当の意味は（量子力学）という理論から説明される。原子が接近すると電子の
軌道の一部が（重なって）より広い軌道が形成され、共有された電子はその軌道に入って
（両方）の原子核のまわりを運動するようになり、それによって（引力）が発生する。よ
り深い学習は今後に待つとして、現在ではすべての力はこのようにして発生すると考えら
れていることを付け加えておく。
［５］希ガスを除く（非金属）原子は、電子を増やして希ガスの電子配置になろうとする
共通の性質を持つ。単純に言うと、その相手が（金属）原子の場合は実際に電子を得て
（陰イオン）になりイオン結合を形成する。そして非金属原子どうしの場合は電子を共有
して（共有結合）を形成する。
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化学式 名称 化学式 名称
Ｆｅ 鉄 ＡｇＣｌ 塩化銀
Ｎ2 窒素 Ａｇ2Ｏ 酸化銀
Ｐ リン ＡｇＮＯ3 硝酸銀
Ｃｌ2 塩素 ＺｎＣｌ2 塩化亜鉛
ＮａＣｌ 塩化ナトリウム ＺｎＳＯ4 硫酸亜鉛
ＮａＯＨ 水酸化ナトリウム ＨＦ フッ化水素
Ｎａ2ＳＯ4 硫酸ナトリウム ＨＣｌ 塩化水素（塩酸）
Ｎａ2ＣＯ3 炭酸ナトリウム Ｈ2Ｏ 水
ＮａＨＣＯ3 炭酸水素ナトリウム Ｈ2Ｓ 硫化水素
ＫＩ ヨウ化カリウム Ｈ2ＳＯ4 硫酸
ＫＮＯ3 硝酸カリウム ＨＮＯ3 硝酸
ＭｇＣｌ2 塩化マグネシウム Ｈ2ＣＯ3 炭酸
ＭｇＯ 酸化マグネシウム ＣＨ4 メタン
Ｍｇ（ＯＨ）2 水酸化マグネシウム ＣＯ 一酸化炭素
Ｃａ（ＯＨ）2 水酸化カルシウム ＣＯ2 二酸化炭素
ＣａＣＯ3 炭酸カルシウム ＮＨ3 アンモニア
Ｃａ（ＨＣＯ3）2 炭酸水素カルシウム ＮＯ 一酸化窒素
Ａｌ2Ｏ3 酸化アルミニウム ＮＯ2 二酸化窒素
Ａｌ2（ＳＯ4）3 硫酸アルミニウム Ｐ2Ｏ5 五酸化二リン
Ｆｅ2Ｏ3 酸化鉄 ＳＯ2 二酸化硫黄
Ｆｅ（ＯＨ）3 水酸化鉄 ＳＯ3 三酸化硫黄
ＣｕＯ 酸化銅 ＮＨ4Ｃｌ 塩化アンモニウム
ＣｕＳ 硫化銅 （ＮＨ4）2ＳＯ4 硫酸アンモニウム
ＣｕＳＯ4 硫酸銅 ＮＨ4ＮＯ3 硝酸アンモニウム
Ｃｕ（ＮＯ3）2 硝酸銅
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