問題
次のうち、物質の分類に関する説明として、誤っているものはどれか。
(1) 酸素は、1種類の元素だけからなる単体である。
(2) 水は、水素と酸素が一定の割合で結合した化合物である。
(3) 原油は、さまざまな炭化水素などからなる混合物である。
(4) 黄銅（真ちゅう）は、銅と亜鉛が化学的に結合した化合物である。
(5) 二酸化炭素は、炭素と酸素からなる化合物である。
危険物取扱者乙種４類｜単体・化合物・混合物の分類を解説
物質は、大きく分けると純物質と混合物に分類されます。純物質のうち、1種類の元素だけからできているものを単体、2種類以上の元素が一定の割合で化学的に結合しているものを化合物といいます。原油のように複数の物質が混ざっているものは混合物です。答えは(4)です。黄銅は銅と亜鉛の合金であり、化学的に一定割合で結合した化合物ではなく混合物として扱います。
(1) 酸素は、1種類の元素だけからなる単体である。
適切です。酸素は酸素元素だけからできている物質です。酸素分子は通常O₂の形で存在し、酸素原子が2個結びついていますが、元素の種類としては酸素1種類だけです。そのため、酸素は化合物ではなく単体に分類されます。試験では「原子が2個あるから化合物」と考えないことが大切です。化合物かどうかは、原子の数ではなく、元素の種類が複数あるかどうかで判断します。
(2) 水は、水素と酸素が一定の割合で結合した化合物である。
適切です。水はH₂Oで表され、水素と酸素という2種類の元素が一定の割合で化学的に結合した物質です。水素と酸素がただ混ざっているだけでは水にはなりません。水素原子2個と酸素原子1個が決まった比で結合しているため、化合物に分類されます。化合物は、成分元素の性質とは異なる性質を示すことも重要です。水素は燃えやすく、酸素は燃焼を助けますが、水はそれらとは異なる性質をもちます。
(3) 原油は、さまざまな炭化水素などからなる混合物である。
適切です。原油は、ガソリン、灯油、軽油、重油などのもとになる天然の液体であり、さまざまな種類の炭化水素を含んでいます。成分が1種類に決まっているわけではなく、産地などによって含まれる物質の種類や割合も変わります。そのため、原油は純物質ではなく混合物です。危険物取扱者試験では、第4類危険物の多くが炭化水素を含むことも関連知識として押さえておくと理解しやすくなります。
(4) 黄銅（真ちゅう）は、銅と亜鉛が化学的に結合した化合物である。
不適切です。黄銅、つまり真ちゅうは、銅と亜鉛を主成分とする合金です。合金は複数の金属などが混ざり合ってできた物質ですが、化合物のように必ず一定の割合で化学的に結合しているわけではありません。銅と亜鉛の割合を変えることで、色や硬さなどの性質も変わります。このように成分の割合が一定でないものは、化合物ではなく混合物として扱います。ここでは「化学的に結合した化合物である」という部分が誤りです。
(5) 二酸化炭素は、炭素と酸素からなる化合物である。
適切です。二酸化炭素はCO₂で表され、炭素と酸素という2種類の元素が一定の割合で結合した化合物です。炭素原子1個に対して酸素原子2個が結合しており、成分比が決まっています。空気中にも含まれる気体ですが、空気のような混合物ではなく、二酸化炭素そのものは化合物です。試験では「空気中に含まれるから混合物」と考えないように注意が必要です。
この問題で覚えるポイント
物質の分類では、まず純物質と混合物を区別します。純物質は、成分が一定で性質も一定の物質です。純物質のうち、酸素O₂、窒素N₂、水素H₂、炭素C、硫黄Sのように1種類の元素だけからできているものを単体といいます。水H₂O、二酸化炭素CO₂、塩化ナトリウムNaClのように、2種類以上の元素が一定の割合で化学的に結合しているものを化合物といいます。混合物は、複数の物質が混ざったもので、成分の割合が一定とは限りません。空気、海水、原油、ガソリン、灯油、合金などが代表例です。単体と化合物の違いは、元素の種類が1種類か複数かで判断します。化合物と混合物の違いは、成分が化学的に一定割合で結合しているか、単に混ざっているだけかで判断します。合金は金属同士が混ざったものなので、試験上は混合物として整理すると正誤判断がしやすくなります。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、「結びついている」「混ざっている」「化学的に結合している」という言葉の違いをあいまいにしたまま判断させる点です。酸素O₂のように同じ元素の原子が複数個結びついていても、元素が1種類だけなら単体です。水H₂Oや二酸化炭素CO₂のように異なる元素が一定割合で結合していれば化合物です。原油や合金のように複数の成分が含まれていても、割合が一定でなく、性質も成分比によって変わるものは混合物です。特に黄銅は金属同士が強くまとまっているため、化合物のように感じやすいですが、銅と亜鉛が一定割合で化学式どおりに結合した物質ではありません。「2種類以上の物質が含まれる＝すべて化合物」と考えると誤答しやすいので、一定割合で化学的に結合しているかどうかを必ず確認しましょう。
