第18章典型元素の金属・半金属・非金属
Key Concepts and Summary重要概念とまとめ
Hydrogen is the most abundant element in the universe and its chemistry is truly unique. Although it has some chemical reactivity that is similar to that of the alkali metals, hydrogen has many of the same chemical properties of a nonmetal with a relatively low electronegativity. It forms ionic hydrides with active metals, covalent compounds in which it has an oxidation state of 1− with less electronegative elements, and covalent compounds in which it has an oxidation state of 1+ with more electronegative nonmetals. It reacts explosively with oxygen, fluorine, and chlorine, less readily with bromine, and much less readily with iodine, sulfur, and nitrogen. Hydrogen reduces the oxides of metals with lower reduction potentials than chromium to form the metal and water. The hydrogen halides are all acidic when dissolved in water.
水素は宇宙で最も豊富な元素であり、その化学は実に独特である。アルカリ金属に似た化学的反応性を一部に持つが、水素は、電気陰性度が比較的低い非金属と多くの共通した化学的性質を持つ。活性な金属とはイオン性水素化物を作り、より電気陰性度の低い元素とは自身の酸化状態が1−の共有結合性化合物を、より電気陰性度の高い非金属とは自身の酸化状態が1+の共有結合性化合物を作る。酸素、フッ素、塩素とは爆発的に反応し、臭素とはそれほど容易には反応せず、ヨウ素、硫黄、窒素とはさらに反応しにくい。水素は、クロムより還元電位が低い金属の酸化物を還元し、金属と水を作る。ハロゲン化水素は、水に溶けるとすべて酸性である。
Chemistry End of Chapter Exercises章末問題
Exercises 51–55練習問題 51–55
Exercise 51問題 51
Why does hydrogen not exhibit an oxidation state of 1− when bonded to nonmetals?
水素が非金属と結合しているとき、1−の酸化状態を示さないのはなぜか。
Solution解き方
The electronegativity of the nonmetals is greater than that of hydrogen. Thus, the negative charge is better represented on the nonmetal, which has the greater tendency to attract electrons in the bond to itself.
非金属の電気陰性度は、水素より高い。したがって、結合中の電子を自身に引きつける傾向の強い非金属に、負電荷を割り当てるほうが適切である。
Exercise 52問題 52
The reaction of calcium hydride, CaH2, with water can be characterized as a Lewis acid-base reaction:
水素化カルシウムCaH2と水との反応は、ルイス酸塩基反応として捉えられる。
Identify the Lewis acid and the Lewis base among the reactants. The reaction is also an oxidation-reduction reaction. Identify the oxidizing agent, the reducing agent, and the changes in oxidation number that occur in the reaction.
反応物のうち、ルイス酸とルイス塩基を特定しなさい。この反応は酸化還元反応でもある。酸化剤、還元剤、および反応で起こる酸化数の変化を特定しなさい。
Exercise 53問題 53
In drawing Lewis structures, we learn that a hydrogen atom forms only one bond in a covalent compound. Why?
ルイス構造を描く際、水素原子は共有結合性化合物中で一つの結合しか作らないと学ぶ。なぜか。
Solution解き方
Hydrogen has only one orbital with which to bond to other atoms. Consequently, only one two-electron bond can form.
水素には、他の原子との結合に使える軌道が一つしかない。したがって、二電子結合は一つしか作れない。
Exercise 54問題 54
What mass of CaH2 is necessary to react with water to provide enough hydrogen gas to fill a balloon at 20 °C and 0.8 atm pressure with a volume of 4.5 L? The balanced equation is:
20 °C、圧力0.8 atmで体積4.5 Lの風船を満たすのに十分な水素ガスを供給するには、どれだけの質量のCaH2を水と反応させる必要があるか。係数を整えた反応式は、である。
Exercise 55問題 55
What mass of hydrogen gas results from the reaction of 8.5 g of KH with water?
8.5 gのKHと水との反応によって生じる水素ガスの質量はいくらか。
Solution解き方
0.43 g H2
0.43 g H2
Haber process
ハーバー法
main industrial process used to produce ammonia from nitrogen and hydrogen; involves the use of an iron catalyst and elevated temperatures and pressures
窒素と水素からアンモニアを生産するための主要な工業的製法。鉄触媒と高温・高圧を用いる。
hydrogen halide
ハロゲン化水素
binary compound formed between hydrogen and the halogens: HF, HCl, HBr, and HI
水素とハロゲンとの間で形成される二元化合物。HF、HCl、HBr、HI。
hydrogenation
水素化
addition of hydrogen (H2) to reduce a compound
化合物を還元するために水素H2を付加すること。