原子をつないで分子をつくる｜結びつく手の数で分子を組み立てる教材
中学2年 / 第1分野 (4)化学変化と原子・分子 (ア)物質の成り立ち
化学式は覚えるものになりがちです。なぜ水は H₂O で H₃O ではないのか、なぜ二酸化炭素は CO₂ なのか。そこには理由があります。
このツールのきまりは一つだけ、「結びつく手」の数です。水素と塩素は1本、酸素は2本、窒素は3本、炭素は4本。原子を近づけると手がつながり、手が1本も余らなくなったら分子の完成です。
だから H₃O はつくれません。酸素の手は2本しかないからです。CH₅ もつくれません。この「つくれなさ」が化学式の理由そのものです。
手が2本ずつ使われれば二重結合（O=O、O=C=O）、3本ずつなら三重結合（N≡N）。線をおすと本数がふえます。
🔴 手がそろっても表にない組み合わせは「存在しない分子」と出ます。自由に動かしながら、実在する物質が出たときに名前が出る──そこがこのツールの楽しみです。
この単元で つまずくところ
- 化学式の数字は、なんとなく決まっているのではない。 結びつく手の数で決まります。
- H₂O の 2 は「水素が2個」。 かける数ではありません。手が2本の酸素に、手が1本の水素が2つつきます。
- 分子は原子がくっついたもの。 原子は分子より小さい粒です。
- 同じ化学式でも別の物質になることがある。 エタノールとジメチルエーテルはどちらも C₂H₆O。つなぎ方がちがいます。
- 二重結合・三重結合は中学では深入りしない。 ここでは「手を2本ずつ・3本ずつ使う」とだけ考えます。
このツールで 何が見えるか
- 原子を出す
- 下のたなの H・C・N・O・Cl をおすと盤面に出てきます。手の本数もそこに書いてあります。
- 余った手
- 原子から出ている灰色の短い棒が、まだ使っていない手です。これが0本になると分子です。
- つなぐ
- 原子（またはかたまり）をつまんで近づけると、手が余っているどうしがつながります。
- 二重・三重
- 線をおすと手が1本ふえます。それ以上ふやせないときははずれます。
- 名前
- 手がそろうと、上に化学式と物質名が出ます。表にないものは「存在しない分子」と出ます。
- ① お題
- 水 → 二酸化炭素 → アンモニア → メタン …… とだんだん大きくなる13問。
- ② 自由
- お題なしで何をつくってもかまいません。
授業での使い方
前に出して水をつくって見せます。「酸素の手は2本。だから水素は2つ」──H₂O の 2 の意味をここで一度だけ言います。
各自の端末で ① を水からメタンまで。CH₅ をつくろうとして「入らない」ことを確かめさせます。
② で C を2個以上使って何がつくれるか探させます。エタノールとジメチルエーテルが同じ C₂H₆O になることに気づいたら、そこを全体で共有します。
どの使い方でも、動かした条件はそのままURLに入ります。 画面の「リンクをコピー」を押して配れば、生徒の端末でも同じ画面が開きます。 生徒が見つけた条件のリンクを提出させれば、そのまま記録になります。
すぐ使える条件
あえて入れていないもの
中学校で教える形を優先して、省いている条件があります。 教科書や資料集の数値と合わないことがあるので、先に書いておきます。
- 「結びつく手」は原子価のことです。中学では発展的なあつかいですが、化学式の理由を見るのにいちばん短い道なのでここではきまりとして使っています。電子や共有結合はあつかいません。
- 分子の形は平面で、実際の立体的な形（水の折れ線、メタンの正四面体）は表していません。
- 手の数だけでは一酸化炭素（CO）や二酸化窒素（NO₂）はつくれません。実在する物質ですが、このきまりの外です。
- 名前の出る物質は40種類ほどです。手がそろっていても表にないものは「存在しない分子」と出ます。実在するのに表にない物質もありえます。
- 金属やイオンでできた物質（塩化ナトリウムなど）は分子をつくらないので、このツールではあつかいません。
よくある質問
なぜ H₃O はつくれないのですか？
酸素の手が2本しかないからです。水素を3つつけようとしても、3つめの手がありません。
二重結合はどうやってつくりますか？
いちど1本でつないでから、その線をおしてください。1本ずつふえます。ふやせないときははずれます。
「存在しない分子」と出ました。
手はそろっていますが、名前の表にない組み合わせです。つなぎ方を変えたり、原子を入れかえたりして実在する物質をさがしてみてください。
エタノールはどうつくりますか？
C を2つ、O を1つ、H を6つ。C–C–O とつないでから、あいている手ぜんぶに H をつけます。
原子を消したいです。
つまんで下のたなまで落とすと、そのかたまりごと消えます。「ぜんぶ 消す」でまっさらになります。
ほかの教材は 中学理科ラボの一覧 から。
直してほしいところは 改善の要望 から。ツールの画面の「要望を送る」を押せば、そのとき見ていた条件のURLが付いた状態で開きます。