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結合

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目次 †

化学結合 †

　電子の足りないもの同士がくっつきあって共有したりするのが化学結合である。

イオン結合 †

　1族のナトリウム原子Naと17族の塩素原子Clがあるとします。ナトリウムは外側で1個の電子が余っている。そして、塩素は逆に外側で1個の電子が足りない。ナトリウムは電子を1個放出して安定した形になろうとする。つまり、原子番号10のネオンNeと同じ形になりたいわけだ。すると、マイナスの電荷を持つ電子を1個出したナトリウムはNa+という陽イオンになる。そして、塩素原子はナトリウムから電子を1個もらって安定しようとする。つまり、原子番号18のアルゴンArと同じ電子配置になる。マイナスの電荷が1個増えたので、Cl-という陰イオンになる。

　プラスの電荷を持つナトリウムイオンとマイナスの電荷を持つ塩化物イオンは静電気の力（クーロン力）でお互いに近づいて、結合する。その結果、塩化ナトリウムNaCl（塩のこと）ができる。

[補講]実は食塩の結晶は1個のNa+と1個のCl-が結びついているのではなく、1個のNa+は6個のCl-に囲まれている。見方を変えれば、1個のCl-は6個のNa+に囲まれているということである。つまり、3次元格子（立法体の集まりとイメージすればよい）の整数値座標にNa+とCl-が交互に表れているというわけである。

　しかし、比率は1対1なので、NaClと組成で表すことになっている。これを組成式という。

　他にも、MgCl2（塩化マグネシウム）やMgO（酸化マグネシウム）などもイオン結合である。

[補足]化学式は原則として陽性（プラス）元素を左に、陰性（マイナス）元素を右に書く。ちなみに、陽性元素は一般に周期表の左のほうにある。

イオン化エネルギー †

　原子番号3のリチウムLiと原子番号4のベリリウムBeでは、どちらか原子1個を取り出しやすいか考えてみる。このときに必要なエネルギーを第1イオン化エネルギーという。

　原子核のプラス電荷が大きいベリリウムの方が電子を引き付ける力も大きくなる。よって、リチウムの方が電子を取り出しやすい。

　一般に周期表の左に行けばいくほど陽イオンになりやすい。

　そして、下に行けば行くほど外側の電子は原子核から遠くなっているので、クーロン力Fは弱くなり電子が取れやすい。

　従って、左下に行けば行くほど陽イオンになりやすい。

　これはアルカリ金属の反応の激しさにも関係する。反応の激しさはK＞Na＞Liの順になることは、水との反応実験からわかる。これは陽イオンになりやすいものが反応も激しくなっていることがわかる。

　逆に、右上に行けば行くほど陰イオンになりやすい。このことから、周期表の左の方の元素と右の方の元素はイオン結合で結びつきやすいわけである。

イオン結合の結晶の性質 †

　イオン結合でできた結晶は、一般的に融点が高く固くてもろい性質を持つ。そして、水に溶けやすく、水に溶けると電気を導く。

共有結合 †

　同じ原子同士では片方が電子を出して、もう片方がもらうというわけにはいかない。

　例えば、水素Hが、安定なヘリウムHeの電子配置になるには、お互いもう1個の電子が欲しいわけである。そこで、2人で1個ずつ電子を出し合って共有してH2分子になるのが、共有結合である。

　同一の原子が結合するのが共有結合だが、炭素Cは4つの水素Hと結合してメタンCH4分子になるのも共有結合である。

　共有結合は分子結晶だと覚えておけばよい。

分子結晶の性質 †

　固体では多くの分子が弱い分子間力（ファンデルワールス力）で結びついて分子結晶と作るが、弱い力なので切れやすい。よって、分子結晶は融点・沸点が良く苦、柔らかくてもろいという性質を持つ。

分子結晶の例 †

• メタン
• ドライアイス

　二酸化炭素の分子結晶がドライアイスである。分子間力が弱いからいつの間にかばらばらに離れて気体になる。このように固体から直接気体になることを昇華という。

共有結合の性質 †

　非常に強い結びつきなのでなかなか結合が切れない。よって、固く、融点が高い。

共有結合結晶の例 †

• ダイヤモンドC
• 石英SiO2

金属結合 †

金属の性質 †

・無機酸によく溶けるものが多く、陽イオンになりやすい。

・常温で固体で、金属光沢を有する。

・融点が高いものが多く、比重も大きい。

・熱や電気の良導体である。

・展性、延性がある。

・一般に金属の比重が4より小さいものを軽金属、4より大きいものを重金属という。

・重金属より軽金属のほうが軽く加工もしやすく、陽イオンになりやすい。

・軽金属にはアルカリ金属（Li,Na,K,Rbなど）、アルカリ土類金属（Be,Mg,Ca,Srなど）を含む。

イオン化傾向 †

　金属原子は周期表の左下の方なので、陽イオンになりやすい。金属のイオン化の傾向が大きい順から並べたものをイオン化傾向という。

　みな余分な電子を出して陽イオンになりたいと思っていますが、金属同士では電子を引き付ける力が同じなので、貸し借りができない。そこで、みんな陽イオンになり、整列してくっつきあい、余った価電子（最も外側の電子殻に入る電子）を全員で共有する方式をとる。この原子は１つの原子に所属しないで結晶内を自由に動き回っているので自由電子という。金属は自由電子を持つので、電気を通したり、熱を伝えやすい性質を持つ。

参考文献 †

• 『ベーシック化学シリーズ１　入門無機化学』
• 『図解雑学　半導体』
• 『丙種危険物取扱者受験マニュアル』
• 『実況ゼミナール！乙種4類危険物取扱者試験』
• 『マンガ　化学式に強くなる　さようなら、「モル」アレルギー』