同素体・同位体（違い・例・硫黄・炭素・酸素・リンなど）

はじめに

【プロ講師解説】このページでは『同素体・同位体（違い・例・硫黄・炭素・酸素・リンなど）』について解説しています。

同素体・同位体とは

• まずは同素体と同位体の定義を確認する。

このページでは同素体を中心に解説します。同位体について詳しくは次のページを確認しましょう。
参考：同位体（一覧・例・性質・存在比を使った計算など）

同素体

• 同じ元素からなる単体で、化学的性質（反応性など）が異なる物質同士を互いに同素体という。
• 同素体の例としては「酸素（O₂）とオゾン（O₃）」が挙げられる。この2つは同じ「O」という元素からなる単体だが、色や臭いなどの化学的性質は異なる。
• 高校化学・化学基礎の同素体の単元では、「S・C・O・P」の4つの元素が多く登場する。

硫黄 S

• 硫黄の代表的な同素体は斜方硫黄・単斜硫黄・ゴム状硫黄である。
• 斜方硫黄・単斜硫黄・ゴム状硫黄は、それぞれ次のような特徴をもつ。

• 常温・常圧下では斜方硫黄が最も安定しており、単斜硫黄もゴム状硫黄も常温で放置すると斜方硫黄に変化する。

参考：硫黄の単体と化合物の性質・製法

炭素 C

• 炭素の代表的な同素体はダイヤモンド・黒鉛（グラファイト）・フラーレンである。
• ダイヤモンドは宝石として指輪などに用いられる。黒鉛は鉛筆の芯の原料になる。フラーレンはナノテクノロジーで用いられる。それぞれの特徴は次のとおりである。

• 黒鉛はグラファイトともよばれる。

これらのほか、炭素の同素体として、黒鉛の平面構造の1層だけを取り出したグラフェン、炭素の平面構造が筒状になり形成されるカーボンナノチューブなどがあります。

参考：炭素Cの単体・化合物の性質・製法

酸素 O

• 酸素の代表的な同素体は酸素とオゾンである。

参考：酸素の単体と化合物の性質・製法

リン P

• リンの代表的な同素体は黄リンと赤リンである。

• 黄リンは非常に危険な物質である。空気中で放置すると、突然火がつく場合がある（自然発火）。
• したがって、保存するときはビンに水をいれてその中に突っ込んでおく。（水中に置いておけば、空気に直接触れないから自然発火は起こらない）
• 黄リンは毒性をもつ。
• 赤リンは、マッチの箱の横に付いていて、マッチに火を点けるときに使う。日常で使われているものなので、当然無毒で自然発火もしない。

参考：リンPの単体・化合物の性質・製法

同位体

• 原子番号が同じで、質量数の異なる原子同士を同位体という。
• 例として水素を紹介する。水素は、天然に3つの同位体が存在する。

• これら3つは、同じ”水素”の仲間ではあるが、質量数が異なっている。原子番号（＝陽子の数）が一緒であるにも関わらず質量数が違うということはつまり「中性子の数が異なっている」ということである。

参考：【原子の構造】陽子・中性子・電子・原子核・質量数・原子番号の数と関係

• 同位体により存在比が異なることにも注意が必要である。普通の水素が1番多く99.9%、次が重水素で0.1%、三重水素はほとんど存在しない。
• 同位体は、陽子や電子の数が等しいため、化学的性質（反応性など）にあまり違いがない。（ちなみに、同素体は化学的性質に違いがない）

同位体を使った計算は定期テストや入試頻出です。次のページで取り扱っているので、必ず確認しておきましょう。
参考：同位体（一覧・例・性質・存在比を使った計算など）

同位体の存在比

• 上述の通り、同位体は全てが等量存在している訳ではなく、存在比が異なる場合がある。
• 代表的な同位体の存在比に関して、次のページの一覧表を確認しておこう。

参考：同位体（一覧・例・性質・存在比を使った計算など）

放射性同位体

• 同位体の中には原子核が“不安定”で放射線を出しながら崩壊（壊変）していくものがあり、このような同位体を放射性同位体という。
• 放射性同位体は遺物の年代測定・医療などに利用される。

参考：放射性同位体（例・一覧・各種壊変、入試問題の解き方など）