化合物

化合物は、化学結合によって結合した複数の化学元素の原子を含む多数の同一分子（または分子実体）から構成される化学物質です。したがって、1 つの元素の原子のみからなる分子は化合物ではありません。化合物は、他の物質との相互作用を伴う化学反応によって異なる物質に変換される場合があります。このプロセスでは、原子間の結合が切断されたり、新しい結合が形成されたりすることがあります。

化合物には、構成原子がどのように結合しているかによって区別される 4 つの主要なタイプがあります。分子化合物は共有結合によって結合し、イオン化合物はイオン結合によって結合し、金属間化合物は金属結合によって結合し、配位錯体は配位共有結合によって結合します。非化学量論的化合物は、議論の余地のある限界例です。

化学式は、数値の下付き文字の付いた標準化学記号を使用して、化合物分子内の各元素の原子の数を指定します。多くの化合物には、Chemical Abstracts Serviceによって割り当てられた固有のCAS番号識別子があります。世界中で、350,000を超える化合物（化学物質の混合物を含む）が製造および使用のために登録されています。^[1]

「化合物」という用語は、現代と似た意味を持ち、少なくともロバート・ボイルの 『懐疑的な化学者』が出版された1661年以来使われてきました。この本で、ボイルは「化合物」、「化合物体」、「完全に混合された体」、「コンクリート」などのさまざま^な用語^を使用しました。^[5]「完全に混合された体」には、たとえば金、^[4]鉛、^[4]水銀、^[2]ワインが含まれます。^{[6]化合物と}混合物の区別はそれほど明確ではありませんが、元素と化合物の区別は中心的なテーマです。

水銀は...アクア・フォルティスと混ぜると...白い粉末になり...硫黄と混ぜると血のように赤い揮発性の銀になります。しかし、これらすべての異質な化合物から、私たちはまさに同じ流動性水銀を回収できるかもしれません。^[7]

^{ボイルは「粒子」、あるいは「原子」 [8]} という概念を使って、限られた数の元素がどのようにして膨大な数の化合物に結合するのかを説明しました。

各要素を構成する微粒子に特有の大きさと形状を割り当てると、そのような微粒子はさまざまな割合で混合され、さまざまな方法で接続されるため、信じられないほど多くの具体的な物質がそれらから構成される可能性があります。^[5]

1724年に出版されたイギリスの牧師で論理学者のアイザック・ワッツの著書『 Logic』では、化学元素の初期の定義が示され、明確で現代的な言葉で元素と化合物が対比されました。^[9]

物質の中には、単純なものもあれば、複合的なものもある...単純な物質は...通常、他のすべての物体が複合したものである元素と呼ばれています。元素とは、2つ以上の異なる種類の物質に分解または還元できない物質です。...アリストテレスの信奉者は、火、空気、土、水を4つの元素とし、地上のすべての物体が複合したものであると考えました。そして、天はこれらすべてとは異なる精髄、つまり第5の種類の物体であると想定しました。しかし、実験哲学が...よりよく理解されて以来、この教義は十分に反駁されています。化学者は、地上のすべての物体をこの5つに還元できるため、精神、塩、硫黄、水、土を5つの元素としています。これは真実に近づいているように思われます。それらはすべて同意されているわけではありません...複合物質は 2 つ以上の単純物質で構成されています...したがって、針は鋼だけで作られているため単純体です。しかし、剣やナイフは複合物質です。なぜなら、その...ハンドルは刃とは異なる材料で作られています。

2種類以上の異なる原子（化学元素）が一定の化学量論的比率で構成されている物質は、化合物と呼ぶことができます。この概念は、純粋な化学物質を考えるときが最もよく理解できます。^{[10] : 15  [11] [12]}化合物は2種類以上の原子の固定された比率で構成されているため、化学反応によって、より少ない原子を持つ化合物または物質に変換できます。^[13]化学式は、特定の化合物を構成する原子の割合に関する情報を、化学元素の化学記号と、含まれる原子の数を示す下付き文字を使用して表現する方法です。例えば、水は2つの水素原子と1つの酸素原子が結合して構成されており、化学式はH _{2 Oです。}非化学量論的化合物の場合、その比率は製造に関して再現可能であり、構成元素の固定比率を与えますが、その比率は整数ではありません[例えば、パラジウム水素化物の場合、PdH _x (0.02 < x < 0.58)]。^[14]

化合物は、化学結合によって定義された空間配置で結合された、固有かつ定義された化学構造を持っています。化合物は、共有結合によって結合された分子化合物、イオン結合によって結合された塩、金属結合によって結合された金属間化合物、または配位共有結合によって結合された化学錯体のサブセットです。^[15]純粋な化学元素は、2つ以上の原子の要件を満たさないため、通常、化合物とは見なされませんが、多くの場合、複数の原子からなる分子で構成されています（二原子分子H ₂や多原子分子S ₈など）。^[15]多くの化合物には、CAS（ Chemical Abstracts Service）によって割り当てられた固有の数値識別子、つまりCAS番号があります。

物質（真に非化学量論的な例を含む）と、固定比率を必要とする化合物を区別する命名法は、多様で、時には一貫性がありません。多くの固体化学物質（たとえば、多くのケイ酸塩鉱物）は化学物質ですが、元素同士が固定比率で化学的に結合することを反映する単純な式を持っていません。それでも、これらの結晶性物質は「非化学量論的化合物」と呼ばれることがよくあります。これらの化合物の組成の変動は、既知の真の化合物の結晶構造内に閉じ込められた異質元素の存在、またはその構造内の場所における構成元素の過剰または不足により生じる既知の化合物に対する構造の摂動のいずれかによることが多いため、化合物ではなく、化合物に関連していると主張することができます。このような非化学量論的物質は、地球の地殻とマントルの大部分を形成しています。化学的に同一とみなされる他の化合物には、構成元素の 重い同位体または軽い同位体の量が異なる場合があり、これにより質量による元素の比率がわずかに変化します。

分子は、化学結合によって結合した2つ以上の原子からなる電気的に中性なグループです。 ^{[16] [17] [18]}分子は、酸素分子（O ₂）の2つの原子のように、1つの化学元素の原子で構成される同核分子である場合もあれば、水（2つの水素原子と1つの酸素原子、H ₂ O）のように、2つ以上の元素で構成される異核化合物である場合もあります。分子は、その物質の物理的および化学的特性をすべて保持する物質の最小単位です。^[19]

イオン化合物は、イオン結合と呼ばれる静電気力によって結合したイオンで構成される化合物です。化合物は全体として中性ですが、陽イオンと呼​​ばれる正に帯電したイオンと陰イオンと呼​​ばれる負に帯電したイオンで構成されています。これらは、塩化ナトリウムのナトリウム( Na + )や塩化^物( Cl - ⁾などの単純なイオン、またはアンモニウム( NH⁺
₄）および炭酸塩（CO²⁻³
_...) イオンが炭酸アンモニウムに含まれています。イオン化合物内の個々のイオンは通常、複数の最近傍イオンを持つため、分子の一部ではなく、通常は結晶構造の連続した 3 次元ネットワークの一部であると見なされます。

塩基性イオンである水酸化物(OH ⁻ ) または酸化物(O ²⁻ ) を含むイオン化合物は、塩基として分類されます。これらのイオンを含まないイオン化合物は塩とも呼ばれ、酸塩基反応によって形成されます。イオン化合物は、溶媒の蒸発、沈殿、凍結、固体反応、または反応性金属とハロゲンガスなどの反応性非金属との電子移動反応によって、構成イオンから生成することもできます。

イオン性化合物は、通常、融点と沸点が高く、硬くて脆い性質があります。固体の状態では、ほとんどの場合、電気絶縁性ですが、溶融または溶解すると、イオンが可動化されるため、導電性が高くなります。

金属間化合物は、2つ以上の金属元素の間で秩序だった固体化合物を形成する金属 合金の一種です。金属間化合物は一般に硬くて脆く、高温での機械的特性が優れています。 ^{[20] [21] [22]}金属間化合物は、化学量論的または非化学量論的な金属間化合物に分類できます。^[20]

配位錯体は、中心の原子またはイオン（通常は金属で配位中心と呼ばれる）と、その周囲に結合した分子またはイオンの配列（配位子または錯化剤と呼ばれる）から構成されます。^{[23] [24] [25]} 多くの金属含有化合物、特に遷移金属の化合物は配位錯体です。^[26]中心が金属原子である配位錯体は、dブロック元素の金属錯体と呼ばれます。

化合物は、さまざまな種類の結合と力によって結合しています。化合物内の結合の種類の違いは、化合物内に存在する元素の種類によって異なります。

ロンドン分散力は、分子間力の中で最も弱い力です。これは、隣接する2つの原子の電子が一時的な双極子を形成するように配置されているときに形成される一時的な引力です。さらに、ロンドン分散力は、非極性物質を液体に凝縮し、環境の温度がどれだけ低いかに応じて固体状態にさらに凍結する役割を果たします 。 ^[27]

共有結合は分子結合とも呼ばれ、2 つの原子間で電子を共有するものです。主に、このタイプの結合は元素周期表で互いに近い位置にある元素間で発生しますが、一部の金属と非金属の間でも見られます。これは、このタイプの結合のメカニズムによるものです。周期表で互いに近い位置にある元素は、同様の電気陰性度、つまり電子に対する親和性が同じになる傾向があります。どちらの元素も電子を供与または獲得する親和性がより強くないため、元素は電子を共有し、両方の元素がより安定したオクテットを持ちます。

イオン結合は、価電子が元素間で完全に移動したときに発生します。共有結合とは逆に、この化学結合は2つの反対の電荷を持つイオンを生成します。イオン結合中の金属は通常、価電子を失い、正に帯電した陽イオンになります。非金属は金属から電子を獲得し、非金属を負に帯電した陰イオンにします。概説されているように、イオン結合は、通常は金属である電子供与体と、非金属であることが多い電子受容体との間で発生します。^[28]

水素結合は、電気陰性度の高い原子に結合した水素原子が、相互作用する双極子または電荷を介して別の電気陰性度の高い原子と静電結合を形成するときに発生します。 ^{[29] [30] [31]}

化合物は、化学反応を介して 2 番目の化合物と相互作用することで、異なる化学組成に変換できます。このプロセスでは、相互作用する両方の化合物で原子間の結合が切断され、その後結合が再形成されて、原子間に新しい関連付けが作成されます。図式的に、この反応はAB + CD → AD + CBと記述できます。ここで、A、B、C、および D はそれぞれ固有の原子であり、AB、AD、CD、および CB はそれぞれ固有の化合物です。

• 化学構造
• IUPAC命名法
• 化学式辞典
• 化合物リスト

• ボイル、R. (1661)。『懐疑的な化学者：あるいは化学物理学的疑問と逆説、スパジリストの一般に仮説的と呼ばれる原理に関するもの。錬金術師の一般論によって提唱され擁護されるもの。同じ主題に関する別の講演の一部が紹介されている。J. キャドウェルが J. クロークのために印刷。

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• ロバート・ジークフリード（2002年10月1日）『元素から原子へ：化学組成の歴史』アメリカ哲学協会、ISBN 978-0-87169-924-4