元素とは?元素・化合物・混合物の違い

元素とは、1種類の原子だけでできた純物質です。化学反応によってこれ以上単純なものに分けることはできません。金、酸素、炭素は元素で、知られている118種類の元素にはそれぞれ周期表の中に自分のマスがあります。

すべては原子でできている

机から吸い込む空気まで、あなたのまわりのものはすべて、原子とよばれる小さな粒子でできています。原子はあまりに小さく、ふつうの顕微鏡でも見ることができません。

原子にはさまざまな種類があります。元素とは、その原子がすべて同じ種類である物質のことです。純粋な金の延べ棒には金原子だけが含まれ、純粋なヘリウムを入れた風船にはヘリウム原子だけが含まれます。

では、2つの原子が同じ種類であるとはどういうことでしょうか。それは陽子の数で決まります。陽子はすべての原子の中心にある、正の電荷をもつ小さな粒子です。炭素原子はどれも陽子を6個、酸素原子はどれも8個もっています。この数を原子番号といい、2つの元素が同じ原子番号をもつことはありません。

8O酸素15.999

元素は、溶かしても、凍らせても、切っても、砕いても、同じ元素のままです。溶けた金も金です。どんな化学反応でも、元素をより単純な物質に分けることはできません。

水は違います。電気を使うと、化学者は水を水素と酸素という2つの気体に分けることができます。このように分解できるので、水は元素ではありません。水素と酸素はそれ以上分けられないので元素です。

化合物は、2種類以上の異なる元素の原子が化学結合でつながるとできます。水は水素と酸素の化合物です。化学式 H₂O は、酸素原子1個に対して水素原子がつねに2個あることを示しています。

化合物の「レシピ」は決して変わりません。氷河の純粋な水も、やかんの純粋な水も、2対1の比はまったく同じです。

化合物は、それをつくる元素とはまったく別のものになることがあります。ナトリウムはやわらかく光沢のある金属で、水の上でシュッと音を立てて走りまわり、塩素は黄緑色の有毒な気体です。この2つが結びつくと、食べ物にふりかける食卓塩の塩化ナトリウム（NaCl）になります。

混合物では、2つ以上の物質が混ざっているだけで、化学結合はしていません。それぞれが自分の性質を保ち、量も変えられます。紅茶に砂糖を少し入れても多く入れても、甘い紅茶であることに変わりはありません。

何も結合していないので、混合物は簡単な物理的方法で分けることができます。磁石を使えば砂の中から鉄粉を取り出せ、ろ過すれば水から砂を取り除け、食塩水の水を蒸発させれば塩が残ります。

空気も混合物です。主にどちらも元素である窒素と酸素からなり、少量のアルゴン、二酸化炭素、水蒸気が含まれます。

3つの質問をしてみましょう。原子の種類は1つだけですか。それなら元素です。異なる元素が一定の比で結合していますか。それなら化合物です。異なる物質が単に混ざっていて、簡単に分けられますか。それなら混合物です。

酸素ガス O₂ には注意しましょう。原子は2個ずつ対になって動いていますが、対のどちらも酸素原子なので、酸素ガスは元素のままです。二酸化炭素 CO₂ は2種類の異なる元素が結合しているので、化合物です。

知られている118種類の元素のうち、約94種類は地球上に自然に存在しますが、ごく微量しかないものもあります。残りは科学者が実験室でつくりました。オガネソン（118）を含む最新の4つは、2016年に命名されました。