【高校化学基礎】元素と単体・化合物【授業図鑑】

2026年8月25日 2026年8月25日 takizawa

「酸素」「水素」「炭素」という言葉は、元素名としても物質名としても使われます。
そのため、「元素」と「単体」の違いは、生徒が分かったつもりになりやすいところです。

今回の記事では、高校化学基礎の単体と化合物を扱う授業実践例を紹介します。
物質を分類するだけでなく、同じ元素からできていても性質が異なる「同素体」まで、一つの流れとして考えていきます。

授業内容と関連する「大人の化学ゼミナール」のライブ配信はこちらです。

【大人の化学ゼミナール#16】元素・単体と化合物｜同じ元素なのに性質が違うのはなぜ？

この単元は物質名を暗記することにとどまりがちですが、次の問いを軸にします。

用語を順番に覚えるのではなく、「分類する」「違いを説明する」という活動にすると、単体・化合物・同素体の関係が見えやすくなります。

まず、次の三つを整理します。

例えば、酸素 O₂ は酸素元素だけからできているため単体です。
水 H₂O は水素元素と酸素元素からできているため化合物です。

ここで注意したいのは、「元素」は物質を構成する成分の種類であり、「単体」は実際に存在する物質だという点です。
つまり、元素と単体は、同じ基準で並べて分類する言葉ではありません。

「水には酸素が含まれている」の酸素は、成分を表すので元素です。
一方、「空気中の酸素を吸って呼吸する」の酸素は、物質として存在する O₂ を指しているので単体です。
同じ言葉でも、文脈によって意味が変わります。

私の授業では、特に単体・化合物の違いに生徒自身で気づいてもらうために、具体的な単体と化合物を複数挙げ、２つのカテゴリーに分類するというワークを行っています。

同じ一種類の元素からできた単体で、互いに性質が異なるものを同素体といいます。

授業では、「すべて炭素元素だけからできている物質」として、黒鉛、ダイヤモンド、フラーレン C₆₀、カーボンナノチューブの写真や構造模型を並べます。
そして、次のように問いかけます。

「同じ炭素元素だけからできているのに、なぜ硬さ、色、電気の通しやすさが違うのでしょうか？」

ここから、物質の性質は「何の元素からできているか」だけでなく、「原子がどのように結びつき、どのような構造をつくっているか」によっても変わることへつなげます。

高校化学基礎でよく扱う同素体には、次のものがあります。

炭素 C：黒鉛、ダイヤモンド、フラーレン、カーボンナノチューブなど

酸素 O：酸素 O₂、オゾン O₃

硫黄 S：斜方硫黄、単斜硫黄、ゴム状硫黄

リン P：黄リン、赤リン、黒リンなど

酸素とオゾンは、一分子をつくる原子数が異なります。
炭素・硫黄・リンでは、原子の並び方や結晶構造が異なります。

「同じ元素からできていれば同じ性質になる」とは限りません。
同素体は、物質の性質を考えるときに、構成元素だけでなく構造にも注目する必要があることを示しています。
この構造と性質の関係は探究活動にもつなげられます。

同素体をもつ元素は、教科書でよく扱う C・O・P・S だけではありません。
ホウ素B・セレンSe・スズSn・ヒ素As・鉄Feにも同素体が存在します。
下の表に概略をご紹介致しますので、探究活動にご活用ください。

元素名	同素体の種類	授業で広げられる話題/探究活動のネタ
ホウ素B	複数の結晶構造、非晶質ホウ素	多数の原子がつくる複雑な構造と、耐熱材料・半導体との関係
セレンSe	灰色セレン、赤色セレンなど	光によって電気伝導性が変わる性質と、光電池・複写機などへの利用
スズ Sn	白色スズ（β-Sn）、灰色スズ（α-Sn）	低温で金属の白色スズが、もろい灰色スズへ変化する「スズペスト」
ヒ素 As	灰色ヒ素、黄色ヒ素、黒色ヒ素	構造による性質の違いと、有害性を踏まえた物質の扱い
鉄 Fe	α鉄、γ鉄、δ鉄	温度による結晶構造の変化と、鉄鋼材料の性質