炭酸カルシウム (CaCO3) のモル質量とこの化合物の主な例を発見する

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炭酸カルシウムは世界中で容易に見つかります。 自然界には石灰岩、チョーク、大理石、純粋な結晶として存在します。 新しい炭酸カルシウムは、微細な海洋生物からダチョウに至るまで、動物が貝殻の形で毎日生成しています。 人々はこの化合物を、工業製品や建設から、生活をより良くする医薬品や栄養補助食品に至るまで、無数の方法で使用しています。 この記事では、炭酸カルシウムのモル質量を発見し、その原子構造を詳しく調べ、この化合物がどのように収集され、使用されるかについて学びます。

©SHansche/iStock、Getty Images経由

炭酸カルシウムは、化合物としては純物質として定義されます。 純粋な物質には、定義されたすべての化合物と周期表上の各元素が含まれます。 純粋な物質は、最小の粒子から最大の量まで、全体にわたって同じ化学組成を持っています。 元素の最小粒子は原子ですが、化合物の最小粒子は分子です。 それぞれの純粋な物質には、物質の物理的および化学的特性に影響を与える特別に定義されたモル質量があります。 炭酸カルシウムのモル質量は 1 モルあたり 100.09 グラムです。

物質のモル質量とは正確には何ですか? モル質量は、グラム単位で表される純粋な物質 1 モルの質量として定義されます。 化学では、原子であれ分子であれ、非常に特定の数の粒子がモルと呼ばれる単位を構成します。 アボガドロ数またはアボガドロ定数として知られるこの数値は、約 6.022 × 1023 単位に相当します。 イタリアの科学者アマデオ・アボガドロにちなんで名付けられたこの定数は、あらゆる純粋な物質のあらゆる状況において同じであり、化学と世界の仕組みを理解するために不可欠です。

元素または化合物の原子量によって、そのモル質量が決まります。 各元素の原子量は周期表にリストされており、通常は化学記号のすぐ下にあります。 元素の原子量は、その元素のすべての既知の同位体を考慮して科学的に測定されます。 これらの同位体の平均は、自然界に見られる比率で重み付けされ、その元素の原子量に等しくなります。

指定された元素の各同位体には、固定数の陽子があります。 陽子の数は元素の原子番号と同じです。 元素の各同位体の中性子の数は異なります。 すべての個々の陽子または中性子には、1 原子質量単位の値があります。 しかし、電子の質量はどれも非常に小さいので無視できます。 したがって、あらゆる同位体の原子質量は、その同位体が持つ陽子の数に中性子の数を加えたものに等しくなります。

同位体の原子量がどのように測定されるかをよりよく理解するために、例として炭素を見てみましょう。 炭素には、炭素 12、炭素 13、炭素 14 の 3 つの異なる同位体しかありません。 炭素 12 同位体には 6 つの陽子と 6 つの中性子があります。 したがって、その原子量は 12 に相当します。炭素 13 には 6 つの陽子と 7 つの中性子があり、その結果、原子質量は 13 になります。一方、炭素 14 は、有機材料の年代測定に使用される放射性炭素同位体であり、6 つの陽子と 8 つの中性子を持っています。 これにより、原子量は 14 になります。ただし、計算された炭素の原子量は、これら 3 つの数値の直線平均である 13 には等しくありません。 それは、自然界では炭素 12 同位体の数が炭素 13 および炭素 14 をはるかに上回っているためです。 したがって、原子質量は、炭素 12 のより高い表現を考慮して、炭素 12 を優先するように歪められる必要があります。 したがって、炭素の原子質量は 12.011 原子質量単位です。

原子量がわかれば、元素のモル質量を簡単に決定できます。 元素の原子量をグラム単位で表すだけです。 元素の 1 モルの原子の質量は、グラム単位の原子質量に等しい。

これと同じ概念が化合物にも当てはまります。 化合物は、各分子内に同じまたは異なる元素の原子を 2 つ以上含んでいます。 化合物の原子量を調べるには、分子内のすべての原子の原子量を合計するだけです。 合計は化合物の原子量に等しくなります。