Chemistry
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問6の選択肢Cについて、
高校化学で持っている知識から「マグネシウムは柔らかい金属なので合金が柔らかくなる可能性はある(基本は固くなるが鉄に対して柔らかくなる可能性は捨てられない)」、「ウッド合金などに見られる共晶現象に基づいて、鉄とマグネシウムの原子の大きさには十分に違いがあるので共晶点を持つ可能性がある」と判断し、Cを正文と解釈した(明らかに間違っていると捨てきれなかった)のですが、バツを食らいました。
理由は「マグネシウムは融点は650℃、鉄は遷移元素なので1000℃以上だから500℃になることはない」だそう。解説は共晶を一切考慮していません。合金問題である時点で共晶を考えるのは間違った方針ではないと思っているのですが実際どうなのですか?

a 提 週間 た 間 学 第1章 理論化学 電気陰性度, 化学結合, 結晶 以下の説明文を読み, 問1~ 問8に答えなさい。 札幌医科大学 うなイオン結合となり,電気陰性度の差が中程度の場合にはHOのように 化学結合する2つの原子の電気陰性度に大差がある場合,その化学結合は NaCl のよ (あ) を もった共有結合となる。 とはいえ, ある結合がイオン結合か共有結合かを判別するには、 電気陰性度の差の値だけでは不十分である。 例えば BF, や SiF における2つの異なる 原子の電気陰性度の差は NaCl のそれよりも大きく, これらの化学結合はイオン結合の ように思えるが,これらの物質は室温では気体として存在する。 また窒素分子のように 同種の原子どうしゃ, 一酸化窒素のように電気陰性度がほぼ同じである異種の原子どう しの化学結合は共有結合だが、 ② 青銅のような合金や金属ナトリウム中の化学結合は金 属結合と呼ばれる。 化学結合の種類の判別には、元素間の電気陰性度の差を縦軸に,その平均を横軸にプ ロットした図を用いて考えることができる。 例えば, NaCl は図に描かれた三角形の頂 点側にプロットされ,一酸化窒素は三角形の右下側にプロットされる。イオン結合と共 有結合との領域の境界を破線で示した。 またこの三角形を右から左へたどると,物質中 の化学結合をつかさどる電子に対してその物質中の原子が束縛する強度が徐々に弱まり、 電子と呼ばれるようになる。 つまり図の点線で境界を示した三角形 の左下側に位置する物質内の結合は金属結合の特徴を持つ。 ただし, 金属結合と共有結 合との境界に位置する化学結合を持つ物質は両方の特徴を併せ持つことも多い。例えば 金属ゲルマニウムの電気陰性度の差と平均値はそれぞれ0.0 と 1.99 であり境界付近に 位置しており, ③ 伝導体と絶縁体の中間的な電気伝導性を示す (う) となる。 [ 楚間 その電子は 里[ 学 準問 里 [ 学 学 [ [ 一級問 固体の名称として, イオン結晶, 共有結合の結晶, 金属結晶以外に,分子結晶という ものがある。その固体内部の分子内結合は共有結合により原子どうしが強く結びつき, 結合を除い (お) (え)のうち 分子どうしの間には弱い結合力の (え) が働く。 た結合力をファンデルワールス力ともいい、この力は ④ すべての分子の間に働く弱い引 分子間の静電気的な引力を合計したものである。 力と,電荷の偏りのある (あ) また (え) の強度は図 表 に示した3つの結合より はるかに弱く, 室温での 分子の熱振動エネルギー よりも少し強い程度であ (え) の強い物質 り、 ほど,融点は (か) なり、融解熱も くなる。 例えば,F2 の分 子結晶の融点はIのそれ の融点よりも い。 (K) 8 00 元素とその電気陰性度 3.6 3.2 H 2.30 Mn 1.55 2.8 B 2.05 Fe 1.67 イオン結合 2.4 C 2.54 Co 1.76 / NaCli 2.0 N 3.07 Ni1.86 1.6 0 3.61 Cu 1.84 1.2 F 4.19 Zn 1.59 電気陰性度の差 1621 0.0 Ge NO. 共有結合 Na 0.87 Ga 1.76 Mg 1.29 Ge 1.99 Si 1.92 As 2.21 S 2.59 Br 2.69 CI 2.87 Sn 1.82 0.8 0.4 金属結合 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0 電気陰性度の平均値 図 元素の電気陰性度の差と平均に よる結合タイプ三角形 問1 BL 問2 説明文 ぜ「電気 いうことの の差を表 なさい。 (1911) B 問3 説明 陰性度 問4 説明 から1 (a) M 問5 空 のを( ナト (a) 問6 問 され 合う 16さ合abcd (a) (b) (c) (d (e C
第1章 理論化学 札幌医科大学 は NaClのよ = (あ) を 判別するには、 一つの異なる オン結合の 一子のように の原子どう 学結合は金 を横軸にプ 三角形の頂 ン結合と共 上物質中 ☆に弱まり、 した三角形 と共有結 例えば 世界付近に 1 説明文中の あ (お にあてはまる語句を記しなさい。 2 説明文中の下線部①のように, BF」やSiF が室温では気体として存在すると, な 「電気陰性度の差だけではイオン結合か共有結合かを判別することができない」と いうことの論拠となるか。 BF3, SiF および NaCl での化学結合における電気陰性度 の差を表から計算した値を示しながら, 140文字以内でその論拠となる理由を記述し なさい。なお、 分子式や数値は以下の例にしたがって2文字マス目内に記述すること (例) BF.|. | Si|F.|.|No|CI|.|2.|01] 陰性度の平均と差の値を表から計算しなさい。 問3 説明文中の下線部 ②の青銅における2つの異なる原子間の化学結合における電気 問4 説明文中の下線部3の(う)に属すると図から考えられる物質を. (a)~(e) の中 から1つ選び、記号で答えなさい。 (a) Mg3N2. (e) SiC (b) SnBra (c) GaAs (d) CS2 問5 窒化ホウ素BNと硫化ナトリウムNa.Sの2つの物質の種類について、適切なも (a)~(d)の中からそれぞれ1つ選び、記号で答えなさい。 なお、窒化ホウ素と硫化 ナトリウムの融点はそれぞれ 2700℃と1176℃である。 (b) 分子結晶 (c) 金属結晶 (a) イオン結晶 (d) 共有結合の結晶 問6 最近,医療現場で利用するためのマグネシウムと鉄のみからできた新素材が開発 された。図から考えられるこの新素材の性質について、以下の(a)~(e)の記述の中から 合うものをすべて選びなさい。 (a) 融点も沸点も高く, 水に可溶である。 (b)固体状態でも融解状態でも電気を通す。 (c) 融点が500℃よりも低く, 柔らかい。 (d) 融点が1000℃よりも高く, 融解状態でも電気を通さない。 1.21... 。 晶という (e) 属性や延性を示し,熱の伝導性が高い。 びつき, 合を除い 問7 説明文中の (カ (き), () の組み合わせにあてはまるものを,以下 の (a)~(h)の中から1つ選び, 記号で答えなさい。 く弱い引 (a) (か)低 (き) 小さ (く) 高 (b)(か)低 (き) 小さ (く)低 る。 (c) (か) 高 (き) 大き (く)高 (d)(か)高 (き) 大き (く)低 (e) (か)低 (き) 大き (く)高 (f)(か)低 (き) 大き (く)低 (h) (か)高 (き) 小さ (く)低 人 0. 有結合 3.2 3.6 4.0 と平均に 形 (g) (か) 高 (き) 小さ (く)高 問8 説明文中の下線部 ④は,電子を全く共有しないほど離れた場所にある複数の無極 性の分子間にも弱い引力が働くことを示唆しているが,その弱い引力が生じる原因に ついて最も適切なものを (a)~ (d) の中から1つ選び、記号で答えなさい。 (a) 電子を共有しなくても、分子間には電子親和力が働くため。 (b)電子の運動により生じる微弱な磁場により引力が働くため。 (c) 電子の運動により瞬間的に電荷の偏りが生じ、静電気的な引力が働くため。 (d) 離れた場所にある無極性の分子中の原子核の間には、陽子と中性子との間に引力 が働くため。 9

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「合金だから融点降下(共晶)が起こるかもしれない」と考える方針自体は、化学の記述・思考として非常に鋭く、理にかなっています。しかし、今回の「鉄(Fe)とマグネシウム(Mg)」という具体的な組み合わせにおいては、現実の材料科学的にも、高校化学の出題セオリー的にもその仮説が成立しないため、選択肢(c)は明確に誤り(バツ)となります。

ウッド合金(Bi-Pb-Sn-Cd)やはんだ(Sn-Pb)は、成分元素どうしが液体状態で綺麗に混ざり合うため、綺麗な共晶点を作って融点が大幅に下がります。しかし、鉄(Fe)とマグネシウム(Mg)は、金属の中でも極めて「非混和性(互いに混ざり合わない性質)」が高い組み合わせです。液体にしても水と油のように分離してしまいいます。
さらに、鉄が溶ける温度(1538℃)に達するはるか手前で、マグネシウムは沸騰(沸点 1091℃)してしまいます。そのため、一般的な溶解法で融点を大きく下げるような共晶点を作ることは不可能です。

入試問題として見ると、
百歩譲って未知の新素材だとしても、試験中には以下のマクロな視点から(c)を消去する必要があります。
金属結晶としての共通の性質を選ばせたい意図があります。
問6の正解である (b)(固体・融解で通電)や (e)(展延性・熱伝導性)は、すべての金属結晶に共通する「教科書通りの典型的な性質」です。出題者は、受験生に「合金になっても金属結晶の本質的な性質(自由電子に由来する性質)は変わらない」という大前提を選ばせようとしていると考えられます。

あと、実用面からの推測すると、
問題文に「医療現場で利用するためのマグネシウムと鉄のみからできた新素材」とあります。
医療現場(人工骨や骨固定プレートなど、生体内で強度を保ちつつ分解される材料を想定)において、500℃未満で溶けてしまうような「柔らかい(強度のない)金属」は構造材として機能しないため、実用化の文脈からも外れます。
解説が「個々の融点が高いから500℃)未満にならない」と一蹴しているのは、高校化学の範囲(個々の融点の足し引きや平均的なイメージ)で説明を完結させるための便法にすぎません。

🍇こつぶ🐡

ただ、入試化学を解く上では、「ウッド合金やはんだなど、教科書で教科書で『低融点合金』として明記されているもの以外は、極端な融点降下(常温付近や数百℃レベルの低下)は原則として無視して、マクロな金属の性質で判断する」という割り切りを持っておくと、今回のようなトラップを回避しやすくなります。

長くなりました。

共晶とか詳しくないので、参考程度で🙇

ぱしょ

ご丁寧にありがとうございます!スッと腑に落ちました

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