イオン結合

ポイント

陽イオンと陰イオンが、静電気的な引力(クーロン力)で結びつくことをイオン結合といいます。

イオン結合によって陽イオンと陰イオンからできた物質(固体)を、イオン結晶といいます。

イオン結晶は一般に、融点が高く硬いです。しかし、特定の面に沿って割れやすい性質があります。

イオン結晶は、固体のままでは電気を通しません。しかし、融解して液体になると電気を通します。

イオン結晶を水に溶かすと、その水溶液は電気を通します。

イオン結晶は、組成式で表されます。組成式とは、イオン結晶を構成する陽イオンと陰イオンを、簡単な整数比で表記したものです。

イオン結合

陽イオンは正電荷をもち、陰イオンは負電荷をもっているので、陽イオンと陰イオンは引き合います。

陽イオンと陰イオンが静電気的な引力(クーロン力)で結びつくことを、イオン結合といいます。

例えば、陽イオンであるナトリウムイオン Na+ と、陰イオンである塩化物イオン Cl にはクーロン力がはたらいて、イオン結合します。

この結合により、塩化ナトリウム NaCl がつくられます。

ナトリウム原子 Na は容易に 1 個の電子を放出して、1 価の陽イオン Na+ になります。塩素原子 Cl は 1 個の電子を受け取り、簡単に 1 価の陰イオン Cl になります。

Na+ と Cl はクーロン力によりイオン結合し、NaCl のイオン結晶になります。

陽イオンになりやすいのは、1 族、2 族、13 族などの金属元素であり、陰イオンになりやすいのは、16 族、17 族などの非金属元素です。

そのためイオン結合は、金属元素と非金属元素の間でできやすいです。

イオン結晶

規則正しく並んでいる粒子でできた固体を、結晶といいます。このうち、陽イオンと陰イオンが規則正しく並んでできた固体を、イオン結晶といいます

イオン結晶では、陽イオンと陰イオンはクーロン力によってイオン結合し、多数のイオンが配列しています。

イオン結晶は一般に、融点が高く硬いです。ただし硬いですが脆く、特定の面に沿って割れやすい性質があります。

これはイオン結晶に力がかかり、陽イオンと陰イオンの配列がずれると、静電気的な引力がはたらかなくなるためです。陽イオンと陰イオンの配列がずれると、静電気的な引力が反発に変わってしまうので、結晶が割れます。

イオン結晶は、固体のままでは電気を通しません。しかし、融解して液体になると電気を通します。液体の状態では、陽イオンと陰イオンが自由に動けるようになるので、電気を通すのです。

また、イオン結晶は水に溶けるものが多いです。イオン結晶を水に溶かすと、水溶液中で陽イオンと陰イオンに分かれるので、その水溶液は電気を通します

組成式

イオン結晶は、組成式で表されます。組成式とは、イオン結晶を構成する陽イオンと陰イオンを、簡単な整数比で表記したものです。

物質としてのイオン結晶は電気的に中性なので、陽イオンのもつ正電荷の総和と、陰イオンのもつ負電荷の総和がつり合っています。

つまり、

陽イオンの価数 × 陽イオンの数 = 陰イオンの価数 × 陰イオンの数

となります。

例えば、塩化ナトリウム NaCl はイオン結晶です。1 価の陽イオン Na+ が 1 個と、1 価の陰イオン Cl が 1 個から結晶 NaCl ができると、電気的に中性となります。

Na+ 1 価 × 1 個 = Cl 1 価 × 1 個

組成式のつくり方

では、具体的に組成式のつくり方をまとめます。

イオン結晶である塩化カルシウム CaCl2 の組成式を例につくってみましょう。

① 正電荷と負電荷の総和が等しくなるように、陽イオンと陰イオンの比を考える。

陽イオンはカルシウムイオン Ca2+ で、これは 2 価の陽イオンです。陰イオンは塩化物イオン Cl で、これは 1 価の陰イオンです。

Ca2+ 2 価 × 1 個 = Cl 1 価 × 2 個

カルシウムイオン 1 個に対して塩化物イオンが 2 個あると、結晶は電気的に中性です。

② 元素記号の右下に整数比を書く。( 1 は省略)

カルシウムイオンは 1 個なので、右下に 1 とは書かずに省略します。塩化物イオンは 2 個なので、Cl の右下に 2 と書きます。

Ca + Cl2

多原子でできたイオンの場合は、個数を右下に書くとき、イオンを括弧で囲みます。

③ 陽イオン、陰イオンの順に書く。(読み方は陰イオンから陽イオンの順)

陽イオンの Ca が先で、あとに陰イオンの Cl2 をくっつけて CaCl2 とします。

ただし読み方は『イオン』『~化物イオン』のうち、「イオン」と「物イオン」を取り除き、陰イオンから陽イオンの順で~化~と読みます。

今回の例では、陰イオンの『塩化物イオン』から「物イオン」をとり、陽イオンの『カルシウムイオン』から「イオン」をとり、塩化カルシウムと読みます。

イオン結晶の組成式の例を示します。

名称陽イオン陰イオン組成式
塩化ナトリウムNa+ClNaCl
塩化マグネシウムMg2+ClMgCl2
水酸化カルシウムCa2+OHCa(OH)2
硫酸カリウムK+SO42-K2SO4
硫酸カルシウムCa2+SO42-CaSO4
硫酸アルミニウムAl3+SO42-Al2(SO4)3
リン酸アンモニウムNH4+PO43-(NH4)3PO4
リン酸カルシウムCa2+PO43-Ca3(PO4)2
リン酸アルミニウムAl3+PO43-AlPO4

問題演習

確認テスト1

次の( )に入る適切な語句を考えましょう。

陽イオンと陰イオンの間には( A )がはたらき、イオン結合ができます。イオン結合によってできた結晶を( B )といいます。( B )は、周期表左側の陽イオンになりやすい( C )と、右側の陰イオンになりやすい( D )からできることが多いです。

( B )は一般に融点が( E 高い・低い )です。また( F 硬い・柔らかい )ものの、脆く割れやすいです。固体は電気を( G 通す・通さない )が、融解すると電気を( H 通す・通さない )性質があります。

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A:静電気的な引力(クーロン力)  B:イオン結晶  C:金属元素

D:非金属元素  E:高い  F:硬い  G:通さない  H:通す

確認テスト2

以下のイオン結晶の表を完成させましょう。

名称陽イオン陰イオン組成式
Na+NaCl
Mg2+Cl
水酸化カルシウム
K+SO42-
Ca2+CaCl2
硫酸アルミニウムSO42-
リン酸アンモニウム
リン酸ナトリウムNa+Na3PO4
Al3+PO43-
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名称陽イオン陰イオン組成式
塩化ナトリウムNa+ClNaCl
塩化マグネシウムMg2+ClMgCl2
水酸化カルシウムCa2+OHCa(OH)2
硫酸カリウムK+SO42-K2SO4
塩化カルシウムCa2+ClCaCl2
硫酸アルミニウムAl3+SO42-Al2(SO4)3
リン酸アンモニウムNH4+PO43-(NH4)3PO4
リン酸ナトリウムNa+PO43-Na3PO4
リン酸アルミニウムAl3+PO43-AlPO4

実践問題1(2016追第1問問4)

イオン結晶の性質の記述として誤りを含むものを、次の①~⑤のうちから一つ選べ。

① 融点の高いものが多い。

② 電気をよく通す。

③ 硬いが、割れやすくもろい。

④ 結晶中では、陽イオンと陰イオンが規則正しく並んでいる。

⑤ 水に溶かすと、陽イオンと陰イオンに電離する。

(2016年度センター試験 追試験 化学基礎 第1問問4 より引用)

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正解 2

まず、イオン結晶の基本的性質について確認しましょう。

陽イオンと陰イオンが規則正しく並んでできた固体を、イオン結晶といいます。

イオン結晶では、陽イオンと陰イオンはクーロン力によってイオン結合し、多数のイオンが配列しています。

イオン結晶は一般に、融点が高く硬いです。しかし、特定の面に沿って割れやすい性質があります。

イオン結晶は、固体のままでは電気を通しません。しかし、融解して液体になると電気を通します。

イオン結晶を水に溶かすと、その水溶液は電気を通します。

イオン結晶は、組成式で表されます。

1 〇 一般にイオン結晶は融点が高いです。

2 × イオン結晶は固体のままでは電気を通しにくいです。溶液に溶けるか、融解して液体になると、電荷を持ったイオンが動ける状態となり電気を通します。

3 〇 硬いですが、力をかけるとイオンの結晶構造がずれて静電気的な引力がなくなり、同じ電荷のイオン同士は反発し、もろくなります。

4 〇 イオン結晶は、陽イオンと陰イオンが規則正しく並んでいます。

5 〇 水に溶かすと陽イオンと陰イオンに電離するので、電気も通します。

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