化学基礎

イオンの生成について

投稿日:6月 29, 2020 更新日:

今回はイオンについて解説していくにゃ。電子の動きに着目して勉強することが大事だなにゃ!

・イオンとは?

 純水な水はほとんど電気を通しません。しかし塩化ナトリウム水溶液はよく電気を通します。それはなぜかというと塩化ナトリウムを水に溶かすと、塩化ナトリウムが正および負の電荷をもつ粒子同士に分かれるからです。このような電荷をもった粒子はイオンと呼ばれています。正電荷を持つイオン=陽イオン、負電荷を持つイオン=陰イオンです。このように物質がイオンに分かれる現象を電離といいます。塩化カルシウムや水酸化ナトリウムのように水などの液体に溶けて電離する物質を電解質といいます。またアルコールや砂糖のように電離しない物質を非電解質と言います。

上の図は電気分解とよばれるものだが、また別の機会に解説するにゃ。

・イオンの生成について?

  原子は原子番号が一番近い貴ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴンなど)の原子と同じ安定な電子配置をとる傾向があります。リチウム原子(Li)は1個の価電子を失いヘリウム原子と同じ安定な電子配置をもつリチウムイオン(Li)になりやすいです。原子が価電子をなくすと全体として陽イオンになります。

 フッ素原子は電子1個を外部から得て、ネオン原子と同じ安定な電子配置をもつフッ化物イオンFになりやすいです。原子が電子を外部から受け取ると全体としては負電荷をもつ陰イオンになります。

原子はより安定な電子配置をとる!これが大事だにゃ。

 イオンが生成するときに原子が失った電子の数、また受けとった電子の数をイオンの価数といいます。ナトリウムイオンと塩化物イオンの価数はそれぞれ1、マグネシウムイオンと酸化物イオンの価数はそれぞれ2です。イオンを表すには元素記号の右上にイオンの価数(1は省略)と正負の符号をつけたイオン式を使用します。例えばナトリウムイオンはNaです。

 イオンには単原子イオンと多原子イオンというものがあります。単原子イオンはNa+やClのように1個の原子が電荷をもったイオンです。多原子イオンはアンモニウムイオンNH4+や硫酸イオンSO42-のように2個以上の原子が結合した原子団が電荷をもったイオンです。

・イオン化エネルギー、電子親和力とは?

 原子から最外殻電子1個を取り去って、1価の陽イオンにするのに必要なエネルギーをイオン化エネルギーといいます。イオン化エネルギーが小さい原子ほど陽イオンになりやすいです。安定な電子配置をもつHe(ヘリウム)やAr(アルゴン)などの貴ガスはイオン化エネルギーが大きいので陽イオンになりにくい。一方で、価電子数が1個のLi(リチウム)、Na(ナトリウム)などアルカリ金属の原子はイオン化エネルギーが小さいので、電子1個を放出して1価の陽イオンになりやすいです。

 原子が電子1個を取り込んで1価の射に温になるときに放出されるエネルギーを電子親和力といいます。一般に電子親和力が大きい原子ほど陰イオンになりやすいです。F(フッ素)やCl(塩素)などは電子親和力が強くて電子1個を受け取って1価の陰イオンになりやすいです。

うーん….イオン化エネルギーと電子親和力の違いが少しわかりづらいにゃ。

 イオン化エネルギーは電子をまず石として考える。いかに遠くに石を放り投げるにはどうしたら良いか考えると、軽い方がいいにゃ!このイメージで考えるとイオン化エネルギーが小さい原子ほど陽イオンになりやすいというイメージを捉えやすいにゃ。
 電子親和力はその字の通り電子との親密度と考えるといいにゃ。親密度が大きいほどくっつきたがる=電子をうけいれやすいというイメージで頭の中でとらえるといいにゃ。

なるほどにゃ!何かを疑似させて考えるとイメージしやすいにゃ。

・イオン半径とは?

  イオンが球状のものとして考えるとその半径をイオン半径といいます。原子が陽イオン変化すると最外殻の電子が放出され、陽イオンの半径はもとの原子よりも小さくなります。逆に原子が陰イオンになると、最外殻に電子が配置されて陰イオンの半径はもとの半径よりも大きくなります。

 次にイオン半径の大きさを同じ電子配置を取る物と族にそれぞれ分けて考えていきます。同じ電子配置をもつイオンは原子番号が大きくなるほどイオン半径は小さくなります。なぜかというと原子番号が大きくなるほど原子核の中にある陽子(正電荷)が増えて電子を静電気的な力で原子核中に強く引きつけるからです。

またイオン半径を同族元素同士のイオンで比較すると原子番号が大きくなるほどイオン半径が大きくなります。これは原子番号が大きくなるほど電子がより外側に配置されるからです。

・まとめ

  • イオン 電荷をもった粒子(陽イオン、陰イオン)
  • イオン化エネルギー 原子から電子1個を取り去るのに必要なエネルギー。イオン化エネルギーが小さい原子は陽イオンになりやすい。
  • 電子親和力 原子が電子1個を受け取るときに放出されるエネルギー。電子親和力が大きい原子は陰イオンになりやすい。
  • イオン半径 同じ電子配置をもつイオンは原子番号が大きくなるほどイオン半径は小さくなる。同族元素同士のイオンで比較すると原子番号が大きくなるほどイオン半径が大きくなる。

・演習問題

①次の原子から生じるイオン式と名称を示せ。

(1)Mg(2)Al(3)F(4)S(5)Ca

イオンの名称とイオン式はしっかり覚えるしかないにゃ。頑張るぞ!

解答(1)Mg2+(2)Al3+(3)F(4)S2-(5)Ca2+

②次の原子の中でイオン化エネルギーが最大のものと最小ものをそれぞれ選べ

(1)C(2)He(3)F(4)Al(5)Na

周期表では典型元素のイオン化エネルギーは右上にいくほど大きく左下ほど小さいぞ。

(解答)最大(2)He、最小(5)Na

③つぎの(1)~(4)はすべてAr(アルゴン)原子と同じ電子配置をもったイオンである。イオン半径が最大のものとイオン半径が最小のものをそれぞれ選べ

(1)K(2)Cl(3)Ca2+(4)S2-

同じ電子配置のイオンを比較すると、イオン半径は原子番号が大きいほどちいさくなるにゃ。

解答 最大(4)S2-、最小(3)Ca2+

 

 

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