イオンとは?原子の仕組みから解説してみた

中学2年生

イオンがわからない、イオン式と化学式の違いって何?、イオンのプラスマイナスの数の暗記ができなくて覚え方を知りたい・・・・イオンがイオンがと嘆きが聞こえてきます。

中3で受験をそろそろ本腰いれようと力を入れた瞬間にイオンにぶつかってしまうので理科は駄目だから後回しとなる傾向があります。 化学の範囲は2年生と3年生はつながっています。別々にやるのではなく同時に覚えましょう。

まずは2年生の復習も兼ねてイオンを理解するので重要な原子の仕組みを前半にイオンとはなにかを後半にやりましょう。ボリュームがありますがイオンについて曖昧なことを一掃しましょう

https://chugakurika.com/2018/09/23/post-2302/

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原子

原子の構造

原子の構造です。本質的な部分から見ていきましょう。例としてヘリウムで絵に描いて表してみました。

原子は電子、原子核で構成されています。原子核は中性子と陽子のセットでできています。

周期表を見るとヘリウム(He)は2番目にあり、これを原子番号といいます。先程のモデルを見てもらうと電子は2つ、陽子も2つあると思います。原子番号と電子と陽子は同じなんです。他にもルールがあります。

 

質量数のルール

「原子番号と陽子の数、電子の数が等しいこと」と、「質量数は中性子数と陽子数の和」です。質量数というのはその物質の粒の重さのことです。 感が良い人なら「粒の重さなら電子は含まないの?」疑問に思うでしょうが電子は陽子や中性子に比べて非常に軽いのです。軽すぎるので計算に含まれず中性子と陽子の和が重さであるとしているのです。 ナトリウムの場合以下のように表すことが出来ます。

肩にのっているのが質量数左下にあるのが原子番号です。ここから中性子数を23-11=12個と導くことができます。モデルで示すと以下のようになります。

電子の数を数えてみましょう。最初の円には2つ、次に8個、その次に1個入っています。全部で11個です。原子番号を見てみると11になっています。数が等しいことがわかると思います。 逆を言えば原子番号を知っていればどんな形かわかるということです。形がわかればイオンも・・・とイオンの範囲につながってくるというわけです。

イオン

イオンについて

イオンという言葉はしょっちゅう耳にすると思います。大型ショッピングセンターだったり、ドライヤーにイオンスイッチがついていたり・・・・マイナスイオンを感じに森に行ったりするとか雑誌にかいてあったりもします。しかしこれらのイオンのことは一切忘れてもらいます。

イオンができるのは溶媒中に溶解したときに陽イオンと陰イオンに分かれたときです。このように溶媒に溶けて陽イオンと陰イオンに分かれるものを電解質といいます。また分かれないものを非電解質といいます

https://chugakurika.com/2017/08/10/post-178/

電解質と非電解質の物質の見分け方は一通りイオンについてやってからのほうがわかりやすいので他に記事を用意しますがとりあえずこの記事を御覧ください。

つまりイオンができるのは溶媒中、液体の中となります。乾いた環境には存在しませんね

 

イオンの構造的部分を学習する前に

イオンの構造を理解する前に希ガスについて知っておくと非常に便利です。

希ガスとは周期表の一番右にある物質のことです。希ガスについての説明をみても「希ガスは非常に安定していて構造を変化させることが非常に難しいとされています。」ほどしか書いていません。

安定とはなんなのか、なぜ安定なのかを知らない人は多いかと思います。まず構造についてみていきましょう

ヘリウムとネオンのモデルです。アルゴンはネオンの周りにもう一周8個の電子を配置したものです。これら希ガスは輪っかの中に最大数つまっている状態です(初めだけ最大2、その他8)。他に入るスキがない状態であると他の物質とつながるキッカケもなく、形が変形したりということもないため、このことを安定していると言います。

 

イオンの構造

陽イオンについて

イオンの代表的な例としてナトリウムと塩素についてみていきましょう。ナトリウムの構造は質量数でやりましたね

さてこのナトリウムとナトリウムイオンの違いはなんでしょうか。

さきほど希ガスについてやりました。希ガスは他に入るスキのない状態で安定しているということでした。このナトリウムの場合は一つ余計な電子があります。余計なものがあると回転する原子のバランスを崩したりします。人間も片足だけ重かったら歩きにくいですよね。

ですのでバランスが良いようにひとつ取り除いてみましょう。

取り除いてみるとネオンと同じような形になったと思います。取り除いた1つ分をNaの右肩の上に+(プラス)として乗せます。これが2つだった場合2+となります。

へ~ナトリウムイオンってネオンになるのか~
というのは間違いです。質量数の話に戻りましょう。電子がひとつ飛んだところで陽子の数、中性子の数は変わらないはずです。根本的にはナトリウムなんです。だたバランスを保つためにナトリウムイオンとして存在するのです。
 

陰イオンについて

では原子番号17の塩素のモデルです

ここまでの流れを見て、空気が読める皆さんだとわかるかと思います。

あと1つ電子が加われば安定している希ガスのアルゴンに近づきますので外部から電子をひとつもらってきます。すると1つ加えたことを表すためにClの右肩上にー(マイナス)を乗せます。2個加えるときは2-(2マイナス)となります。

イオンのプラスとマイナスの意味わかっていただけたでしょうか

 

中学校で出てくる代表的なイオン

覚えておくべきイオンをまとめました。

色ごとにプラスとマイナスの量で分けています。緑色で囲ったのものは簡単に覚えられるというものです。前回の元素(原子)の覚え方のときに少し触れたことです。

https://chugakurika.com/2018/09/23/post-2302/

 

代表的なイオンの覚え方

完璧に覚えたすいへーりーべーが役立つとき

周期表をみてください。なぜ前回、元素を細かく覚えてもらったかの秘密があります。

イオンは希ガスに近づけるために電子の数を調節するとここでは教えました。そのことを言い換えると希ガスからどれだけ離れたかでプラスとマイナスの量が決まってくるのです。

希ガスは一番右で基準の灰色ライン、そこから右(シフトは左)にプラス1,2,3、左側にマイナス1,2,3となっています。

このルールを知っているとど忘れした時、確認したいときに役に立つときがくるはずです。

なぜプラスマイナス123までなのかというと、バランスが悪すぎると邪魔なものを排除することでバランスが保てます。4つだと逆に半々となりバランスが取れることになれるのでイオン化することはないのです。

 

NH4+やOHーなどの組み合わせの覚え方

Nは覚えてほしいイオンの中には含みませんでしたが周期表のラインのルールについて理解しているとイオンの数はわかるはずです。Nは3-です。Hは+ですから4つあると+4とすることができます。

+4-3=+1でNH4は+1ということがわかるわけです。実際に知っている知識で足し算してみれば良いんです。

次にOH、SO4に関しても同様にやってみてください。ただしNO3ーなどの一部例外はあります。

 

金属系はどうしたら・・・

金属は頑張っておぼえてください。

鉄は特殊で+2のときと+3のときと特性が複雑です。詳しくは高校で行います。銀は1であとは2程度に覚えていても良いかもしれません。よくでてくるので自然と覚えられるでしょう

 

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