問題
次の物質のうち、単体であるものはどれか。
(1) メタン
(2) 酸素
(3) エタノール
(4) 硫酸
(5) アンモニア
危険物取扱者乙種４類｜単体と化合物の違いを解説
物質が1種類の元素だけでできている単体なのか、2種類以上の元素が化学的に結び付いてできている化合物なのかを見分ける内容です。答えは(2)酸素です。酸素は酸素元素だけで構成されているため単体に分類されます。これに対して、メタン、エタノール、硫酸、アンモニアは、いずれも複数の種類の元素からできているため化合物です。物質名だけで判断するのではなく、化学式に何種類の元素記号が含まれているかを確認すると、正誤を判断しやすくなります。
(1) メタン
不適切です。メタンは化学式CH₄で表され、炭素元素と水素元素からできています。化学式にCとHという2種類の元素記号が含まれているため、1種類の元素だけでできた単体ではなく、化合物です。メタンは天然ガスの主成分として知られる可燃性気体ですが、燃えるかどうかと、単体か化合物かは別の分類です。単体かどうかを判断するときは、物質の用途や燃焼性ではなく、構成している元素の種類に注目する必要があります。
(2) 酸素
適切です。酸素は化学式O₂で表され、酸素元素だけからできているため単体です。化学式にはOという1種類の元素記号しか含まれていません。右下の数字の2は、酸素原子が2個結び付いて1つの分子をつくっていることを示していますが、元素の種類が2種類あるという意味ではありません。単体は、1種類の元素だけでできた純物質を指すため、原子の個数が複数であっても、元素の種類が1種類であれば単体になります。酸素のほか、水素H₂、窒素N₂、硫黄Sなども単体の例です。
(3) エタノール
不適切です。エタノールは化学式C₂H₅OHで表され、炭素、水素、酸素の3種類の元素からできています。複数の元素が一定の割合で化学的に結び付いているため、化合物に分類されます。エタノールは第4類危険物のアルコール類に該当する代表的な物質ですが、危険物としての分類と、単体や化合物といった物質の分類は区別して考える必要があります。化学式を確認し、C、H、Oという複数の元素記号があることから、単体ではないと判断できます。
(4) 硫酸
不適切です。硫酸は化学式H₂SO₄で表され、水素、硫黄、酸素の3種類の元素からできています。このため、1種類の元素だけでできた単体ではなく、化合物です。物質名に「硫」という文字が含まれているため、硫黄だけからできているように感じるかもしれませんが、硫酸と硫黄は別の物質です。硫黄は硫黄元素だけからなる単体ですが、硫酸は水素、硫黄、酸素が化学的に結び付いた化合物です。名称の一部だけを見て判断しないことが大切です。
(5) アンモニア
不適切です。アンモニアは化学式NH₃で表され、窒素元素と水素元素からできています。NとHという2種類の元素記号が含まれているため、化合物です。アンモニアは無色で刺激臭のある気体であり、水に非常によく溶ける性質がありますが、これらの性質は単体か化合物かを判断する直接の基準ではありません。構成元素が1種類か複数かを確認すれば、アンモニアは化合物であると判断できます。
この問題で覚えるポイント
単体とは、1種類の元素だけでできている純物質です。酸素O₂、水素H₂、窒素N₂、硫黄S、鉄Feなどが代表例です。化学式の右下に数字が付いていても、元素記号が1種類だけであれば単体です。O₂は酸素原子が2個、H₂は水素原子が2個結び付いていますが、いずれも構成する元素は1種類なので単体です。化合物とは、2種類以上の元素が一定の割合で化学的に結び付いてできた純物質です。水H₂O、二酸化炭素CO₂、メタンCH₄、エタノールC₂H₅OH、硫酸H₂SO₄、アンモニアNH₃などが該当します。正誤判断では、化学式に含まれる元素記号の種類を数える方法が有効です。元素記号が1種類なら単体、2種類以上なら化合物と判断できます。ただし、空気、ガソリン、灯油などは複数の物質が混ざっている混合物であり、化学式が一定ではありません。単体と化合物はいずれも純物質ですが、混合物は複数の純物質が物理的に混ざったものです。試験では、単体、化合物、混合物の3つを区別できることが重要です。
ひっかけポイント
この問題では、物質名の印象だけで単体かどうかを判断させることが主な狙いです。酸素はO₂と表されるため、数字の2を見て2種類の元素からできていると誤解しやすいですが、数字は原子の個数を示しているだけで、元素の種類は酸素の1種類です。また、硫酸には「硫」という文字が含まれるため、硫黄と同じ単体のように感じることがありますが、硫酸は水素、硫黄、酸素からなる化合物です。メタンやアンモニアのように短い名称の物質も、単純な物質に見えるため単体と誤認しやすい傾向があります。単体か化合物かは、物質名の長さ、危険性、状態、燃えやすさでは決まりません。化学式に何種類の元素記号が含まれているかを確認する習慣を付けると、同じ形式の問題でも安定して正答できます。
