色・におい・味

白い粉末を2種類見せられて、どちらが砂糖でどちらが食塩かと訊かれたとき
私たちは、どうするでしょう。

砂糖と食塩である、ということがわかっていれば
いちばん早いのは、なめて味をみることではないでしょうか。

それには、物質がもっている味は、物質固有のものであって味が違えば物質が違うということがあらかじめわかっていなければなりません。

色の違う、2つの指輪を見せられたときに2つの指輪は質が違う、とすぐ答えることができるでしょう。

それは、金でつくられているとか、白金でつくられているとかそれらのどれが値段が高いかといったようなことを知らなくてもただ色が違うということだけで、2つの金属は質の違う金属なのだとすぐ答えることができるのです。

しかし、その指輪が、めっきされたものであり表面だけの色が違っている場合はどうでしょう。

こうなると、もはや色では区別することはできません。

色で区別ができる場合は、物の表面の色も、内部の色も同じであるときすなわち、そのもの自身がもつ色をくらべることができるときなのです。

この2つの例のように、私たちは物質を見たときに見かけの性質の違いによって分けることができるし多くの物質は、それぞれ見ただけでわかるような他のものと違う性質をもっています。

丸く切った鉄板Aと四角に切った鉄板Bとを見てAとBとは違った物質であるとはいいません。

また、コップ1杯の水と、バケツ1杯の水を見てこれらが違う物質だとも言いません。

このように、形とか大きさにはよらないで物質が他の物質と違うということを区別できる性質のことを物質の特性といいます。

それでは、物質の特性にはどんなものがあるでしょうか。

観察によって見わけがつく特性について調べてみましよう。

物質の色の特性

まえに書いたように、物質はその物質特有の色をもっています。
金や銅は、小さく切りきざんでも、切り口の色はかわりません。

また、青色の硫酸銅の色は、大きな結晶でも小さな結晶でもかわりがありません。

ですから、物質Aと物質Bとの色が違えばAとBは違う物質ではないかと疑うことはできるわけです。

鉄に黒さびができて、表面が黒ずんできたようなものと銅にさびができたようなものとでは
外から見たとき、ちょっと区別できないことがあります。

ですから、色によって物質の違いを調べるような場合は表面の色も、それをこすりおとしたときの内部の色も同じかどうかをしっかり確かめてみることが必要です。

銀は、銀色の色をもっているといわれますが銀が粉末になったときは黒色になります。

銅も金もこれらがかたまりであるときと粉末になったときとでは色が違います。

ですから、物質の色を観察するときには粒の大きさにも注意しなければならないのです。

物質のにおいの特性

アンモニアのにおいと、都市ガスが漏れたときのにおいとははっきり違います。

ガスの漏れたにおいで「あぶない」と危険を感じるのはにおいによって毒性のあるガスとそうでないガスを区別することができるからです。

このように、物質によって、その物質特有のにおいを持つものがありにおいは、物質を区別することができる性質(物質の特性)の1つです。

物質の味の特性

まえに、砂糖と食塩の味が違うことについて説明しました。
味も物質特有の性質であって、味が違えば物質が違うということができます。

しかし、味だけに頼って物質を区別することはたいへん難しいしときに銅は間違いをおかすこともあります。

酢をなめると、すっぱい味がすることは誰でも知っていることです。
しかし、他の物質を味わったとき、すっぱい味がしたらそれはすべて酢であるといえるでしょうか。

もちろん、この判断は間違いです。

梅干しの汁も、ミカンの汁もすっぱい味がしますがこれらは酢ではありません。

汽車・電車・自動車・飛行機などの交通機関、ビルの鉄骨、いろいろな台所用品や電化製品など金属はいたるところに使われています。

ここでは、金属の性質や特徴について、くわしく調べてみましょう。

金属の非金属

100種類以上もある元素を大きく分けると金属元素と非金属元素元素とになります。
周期律表で左下の元素が主に金属元素で右上の元素がおもに非金属元素です。

金属は、ふっうつぎのような共通した性質をもっています。

①　金属光沢とよばれる、金属に特有なつやがある。
②　電気をよく伝える。
③　熱をよく伝える。
④　強度が大きく、まげても折れにくい。
また、展性（うすく広がる性質）・延性（細くのびる性質）も大きい。

⑤　低い温度ではなかなか溶けず常温度では固体となっている。

もちろん、これには例外もあります。
また、金属元素と非金属元素とをくらべてみると金属元素の原子は大きくて、陽イオンになりやすく、またこの陽イオンは水酸イオンとむすびついて水酸化物になりやすい性質をもっています。

これにたいして非金属元素の原子は小さく、陰イオンになりやすい性質をもっています。

金属の結晶のつくり

金属の原子は、きれいにならんで、結晶をつくっています。
この結晶のつくりかたには、図のように、3つの種類かおりますがふつう、金属はこの結晶のどれかがたくさん集まって形づくられているのです。

ところがどの場合にも、格子状にきちんとならんでいるのはそれをつくっている金属の陽イオンだけなのです。

原子は原子核とそれをとりまいている電子とからできていますが陽イオンは、この原子からいくつかの電子（原子価を決める電子）が飛出してなくなったものです。

つまり金属の結晶の中では、この陽イオンだけが集まって格子状にならび飛出した電子がそれら陽イオンの隙間を自由に動き回っていると考えられているのです。

この電子を自由電子といいます。

陽イオンどうしが集まって、どうしてお互いに反発しあわないでくっついているのかというと、自由電子のためにそれらが固く集められているからなのです。

このような金属原子どうしのむすびつき方を、金属結合といいます。

金属のいろいろな特徴はみなこのような原子の結合の仕方にもとづくものだと説明されています。

たとえば、金属がよく電気を伝えるのは金属に電圧をかけたときその電圧におされて、自由電子が流れ、電流となるためです。

また、熱をよく伝えるのも、金属を熱したときにこの自由電子が動くからだと考えられるのです。

結晶の形

結晶は、いくつかの平面とその平面が交わるいくつかの辺とで囲まれた立体です。
結晶には大きなものも、小さなものもあります。

また、板状のものや、針状のものなど、その形はさまざまです。

しかし、結晶の形は物質によって必ず決まっています。
結晶が小さくて、粉のように見えるものでも虫眼鏡や顕微鏡で見ると大きい結晶と同じ形であることがわかります。

例えば、塩化ナトリウムの結晶は必ず立方体の形をしています。

また、雪の1粒を虫眼鏡や顕微鏡で見ると六角形の美しい結晶であることがわかります。

氷は水の結晶がたくさん集まったものですがその1つ1つの結晶の形は雪とまったく同じものです。

雲母の結晶も六角形ですが薄くはげる性質があります。
また、水晶（石英の結晶）は結晶として代表的なものです。

これらのはっきりした結晶に比べて寒い日にガラスに凍りついた霜やトタンの表面の亜鉛の模様などは、ちょっと結晶ではないように見えますがこれらも小さい結晶の集まりなのです。

結晶の形は、このように多いのですが、そのもとになる形はあんがい少なくだいたい図にしめした14種類の形に分けることができます。

再結晶

結晶になっている物質をいちど溶液にしてその溶液からまたもとの物質を結晶として取り出すことを再結晶といいます。

再結晶をすると、結晶に混じっているごみや不純物を取り除くことができ非常に純粋な物質ができます。

実験

ごみや不純物の混じっている硫酸銅を再結晶させるには、つぎのようにします。

まず、不純物などの混じった硫酸銅の結晶を湯に溶かして、飽和溶液をつくり

これを、保温ろうとを使ってろ過します。
このとき、水に溶けないごみなどの不純物は取り除かれます。

ろ液を冷たい水の中につけ、かきまぜながら冷やして小さい結晶を析出させます。

結品が析出してきたら、これをろ過して分けとり大きいろ紙に挟んでかわかします。

このときに、水に溶けやすい不純物はろ液といっしょに取り除かれれます。
こうしてできた硫酸銅の結晶は非常に純粋なものです。

再結晶をするには、飽和溶液を冷やす方法のほか溶媒だけを蒸発させる方法や溶媒の種類をかえる方法などがあります。

飽和溶液

溶質が溶けこめるだけ溶けこんでいる溶液を飽和溶液といいます。

飽和溶液では、圧力や温度などの条件を加えないかぎり同じ溶質を入れても、それ以上溶けません。

このような、溶液に溶けこんで飽和溶液を作っている溶質を飽和に達しているといいます。

ホウ酸を100グラムの水に溶かすと50℃では11.54グラムで飽和に達します。

このホウ酸の飽和溶液を10℃に冷やすと7.97グラムのホウ酸が固体となってでてきます。

これは、10℃のときにはホウ酸3.57グラムで100グラムの水に飽和することをしめしています。
　

沈殿の析出

粘土を水に入れてかき回したものをしばらくそっとしておくと粘土が水の底に沈みます。

このように、液の中に物質がたまることを沈殿するといいまた、たまった物質を沈殿または沈殿物といいます。

粘土の場合は、はじめから円体が液中にあるわけですがホウ酸の飽和溶液を冷やした場合のように完全に液体だったものから固体がでてくることを、析出といいます。

ホウ酸の飽和溶液の実験をこのような化学の言葉を使っていいあらわすと「ホウ酸の飽和溶液を冷やすと溶解度が小さくなって、ホウ酸が析出して沈殿となる」ということになります。

沈殿というのは、液の中に沈んで淀んでいる物というような意味ですが沈殿の種類によっては、なかなか沈まないものもあります。

例えば、塩化第二鉄を希塩酸数滴でしめらせ熱湯に溶かした溶液にアンモニアを注ぐと、水酸化第二鉄の沈殿ができますがこの沈殿は、液が暖かい間は底に沈みません。

結晶

溶液から析出する沈殿の様子は溶液の濃さや温度などの条件によって、いろいろ違ってきます。

例えば、硫酸銅の飽和溶液をゆっくり冷やすと大きい粒の沈殿ができますし急に冷やすと小さな粒の沈殿ができます。

しかし、小さい粒の沈殿も大きい粒の沈殿も詳しく調べると、同じ形をしているのがわかります。

このように、物質によって形の決まっている円体の粒を結晶といいます。

一般に、物質は結品をつくりますが中には形の決まっていないものもあります。

こういう物質は非晶質といわれますがガラスは非晶質の代表的なものです。

溶解度

食塩と砂糖と同じ量の水に溶かしてみると溶ける量は物質によって違いがあることがわかります。　

硫酸銅やホウ酸・ミョウバンなどのいろいろな物質はその物質特有の溶解度をもっています。

白色の粉末が２種類あり、見た目には区別がつかないぐらいよく似ているときこの２種類の物質を水に溶かしてみると一方はたいへんよく溶解し、他方はあまり溶解しなかったとしたらこの２種類の物質は違う物質であることがはっきりするでしょう。

ナフタリンとパラジクロルベンゼンは、融点の違いによって違った物質であることを知ることができました。

この２つの物質を水に入れてよく振ってみると両方とも水に溶けない物質であることがわかります。

物質の溶解度はたんに水にたいする溶解度だけでなく他の液体にたいする溶解度も物質を区別する特性であり物質固有の性質なのです。

結晶のかたち

食塩水を浅い皿の上にうつし、日のあたるところに出しておくと水はしだいに蒸発し、中から同じ形をしたたくさんの結晶があらわれます。

この結晶は食塩を使えば誰がやってもどこでやっても同じ形のものしかできません。

食塩を使って、丸い形の結晶や三角形の結晶、長方形の結晶をつくることができません。

ミョウバンの溶液をビーカーに入れて放置しておくとこれも同じ形をした結晶ができ、そのどれ一つとってみても他のものと結晶の形が違うものは見られません。

ホウ酸や硫酸銅の水溶液を冷やしたときも冷えるにつれてホウ酸ならばホウ酸の結晶、硫酸銅なら硫酸銅の結晶といつも同じ形のものが析出します。

これらのことは結晶の形は、気まぐれにできているのではなくその物質に特有の決まった形があることをしめしています。

つまり、結晶の形も物質の特性であるということができます。