トップ化学I 改訂版>第1部 物質の構成>第2章 物質の構成粒子とその結びつき>第2節 イオンの生成とイオンからなる物質

2節 イオンの生成とイオンからなる物質

A イオンの生成

原子やイオンのモデル

原子核と電子の間には,距離の2乗に反比例する静電気力が働いている。これは,太陽と惑星の間に働く引力の関係と同じである。したがって,惑星と同様に電子も原子核の周りを回っていると考えられる。古典力学の考え方では,電子がスペクトルに示す光を放射するとエネルギーを失って速度が遅くなり,やがて電子と原子核が結合して,安定な原子は存在できなくなる。この矛盾を解決するため,ボーアは次のように考えた。例えば,水素原子は,陽子1個と電子1個からできているが,この電子はある特別の軌道上しか運行せず,それ以外の軌道はとれないと考えた。原子核に最も近い軌道の半径をrとすると,その外側にある軌道の半径は,22r32 r42 rであるとした。電子はこれらの軌道間を移りかわり,そのとき固有のスペクトルを示すと考え,スペクトルを定量的に説明した。彼が計算で求めた水素のスペクトルの波長は,実測値と完全に一致した。この考え方は,その後の量子力学の発達によって更に発展した。

イオン化エネルギー

気体状態の単原子または分子の基底状態,即ち最もエネルギーの低い状態から電子1個を無限大の距離に引き離して陽イオンにするとき必要なエネルギーを,原子または分子のイオン化エネルギーという。
 このエネルギーを電子ボルト単位(eV)で示して,イオン化ポテンシャルと呼ぶこともある。また,これを第一イオン化エネルギーといい,更に電子を次々に引き離していくとき必要なエネルギーを,第二イオン化エネルギー,第三イオン化エネルギー,とよぶ。第一イオン化エネルギーは,元素の周期律を考察するよい例である。

イオン化エネルギー(eV) 1eV23.06036kcal/mol96.48455kJ/mol
IIIは,第一イオン化エネルギー,第二イオン化エネルギー・・・を示す。

原子

番号

元素

I

II

III

 

原子

番号

元素

I

II

III

 

1

H

13.598

 

 

 

36

Kr

13.999

24.359

36.95

2

He

24.587

54.416

 

 

37

Rb

4.177

27.28

40

3

Li

5.392

75.638

122.451

 

38

Sr

5.695

11.030

43.6

4

Be

9.322

18.211

153.893

 

39

Y

6.38

12.24

20.52

5

B

8.298

25.154

37.930

 

40

Zr

6.84

13.13

22.99

6

C

11.260

24.383

47.887

 

41

Nb

6.88

14.32

25.04

7

N

14.534

29.601

47.448

 

42

Mo

7.099

16.15

27.16

8

0

13.618

35.116

54.934

 

43

Tc

7.28

15.26

29.54

9

F

17.422

34.970

62.707

 

44

Ru

7.37

16.76

28.47

10

Ne

21.564

40.962

63.45

 

45

Rh

7.46

18.08

31.06

11

Na

5.139

47.286

71.64

 

46

Pd

8.34

19.43

32.93

12

Mg

7.646

15.035

80.143

 

47

Ag

7.576

21.49

34.83

13

Al

5.986

18.828

28.447

 

48

Cd

8.993

16.908

37.48

14

Si

8.152

16.345

33.492

 

49

In

5.786

18.869

28.03

15

P

l0.486

19.725

30.18

 

50

Sn

7.344

14.632

30.502

16

S

l0.360

23.33

34.83

 

51

Sb

8.641

16.53

25.3

17

Cl

12.967

23.81

39.61

 

52

Te

9.009

18.6

27.96

18

Ar

15.760

27.629

40.74

 

53

I

10.451

19.131

33

19

K

4.341

31.625

45.72

 

54

Xe

12.130

21.21

32.1

20

Ca

6.113

11.871

50.908

 

55

Cs

3.894

25.1

 

21

Sc

6.54

12.80

24.76

 

56

Ba

5.212

10.004

 

22

Ti

6.82

13.58

27.491

 

57

La

5.577

11.06

19.175

23

V

6.74

14.65

29.310

 

58

Ce

5.539

10.85

20.20

24

Cr

6.766

16.50

30.96

 

59

Pr

5.464

10.55

21.62

25

Mn

7.435

15.640

33.667

 

60

Nd

5.525

10.72

 

26

Fe

7.870

16.18

30.651

 

61

Pm

5.582

10.90

 

27

Co

7.864

17.06

33.50

 

62

Sm

5.644

11.07

 

28

Ni

7.635

18.168

35.17

 

63

Eu

5.670

11.25

 

29

Cu

7.726

20.292

36.83

 

64

Gd

6.150

12.1

 

30

Zn

9.394

17.964

39.722

 

65

Tb

5.864

11.52

 

31

Ga

5.999

20.51

30.71

 

66

Dy

5.939

11.67

 

32

Ge

7.899

15.934

34.22

 

67

Ho

6.022

11.80

 

33

As

9.81

18.633

28.351

 

68

Er

6.108

11.93

 

34

Se

9.752

21.19

30.820

 

69

Tm

6.18

12.05

23.71

35

Br

11.814

21.8

36

 

70

Yb

6.254

12.17

25.2


尚,溶液中で金属が陽イオンになるときは,イオン化エネルギーの他に,金属から原子を引き離す昇華熱や溶媒和のエネルギー等も関係してくるので,金属のイオン化傾向とイオン化エネルギーを混同しないよう注意が必要である。

電子親和力

  1個の原子が電子1個を受けとるとき放出するエネルギーを,その原子の電子親和力という。この考え方は,分子にも適用される。理論的には原子または分子Aのエネルギー値と,陰イオンA-のエネルギー値の差と考えられ,量子力学的計算もこの考え方で行われている。

電子親和力の値は,実験から直接得られるものは少なく,他の物理化学的な測定値から計算によって求められることが多い。その為,どのような種類の実験に基づくかによって,同一原子の電子親和力の値に多少の違いがある。

 

 電子親和力eV1eV23.0605kcal/mol96.4853kJ/mol

原子

番号

元素

電子親和力

 

原子

番号

元素

電子親和力

 

原子

番号

元素

電子親和力

1

H

0.754209

 

26

Fe

0.163

 

51

Sb

1.07

2

He

0

 

27

Co

0.661

 

52

Te

1.9708

3

Li

0.6180

 

28

Ni

1.156

 

53

T

3.0591

4

Be

0

 

29

Cu

1.228

 

54

Xe

0

5

B

0.277

 

30

Zn

0

 

55

Cs

0.471630

6

C

1.2629

 

31

Ga

0.30

 

56

Ba

0

7

N

-0.07

 

32

Ge

1.2

 

57

La

0.5

8

O

1.4611215

 

33

As

0.81

 

58

 

 

9

F

3.399

 

34

Se

2.02

 

希土類

0.5

10

Ne

0

 

35

Br

3.365

 

71

 

 

11

Na

0.54793

 

36

Kr

0

 

72

Hf

0

12

Mg

0

 

37

Rb

0.48592

 

73

Ta

0.322

13

Al

0.441

 

38

Sr

0

 

74

W

0.815

14

Si

1.385

 

39

Y

0.307

 

75

Re

0.15

15

P

0.7465

 

40

Zr

0.426

 

76

Os

1.1

16

S

2.077120

 

41

Nb

0.893

 

77

Ir

1.565

17

Cl

3.617

 

42

Mo

0.746

 

78

Pt

2.128

18

Ar

0

 

43

Tc

0.55

 

79

Au

2.30863

19

K

0.50147

 

44

Ru

1.05

 

80

Hg

0

20

Ca

0

 

45

Rh

1.137

 

81

Tl

0.2

21

Sc

0.188

 

46

Pd

0.557

 

82

Pb

0.364

22

Ti

0.079

 

47

Ag

1.302

 

83

Bi

0.946

23

V

0.525

 

48

Cd

0

 

84

Po

1.9

24

Cr

0.666

 

49

In

0.3

 

85

At

2.8

25

Mn

0

 

50

Sn

1.2

 

86

Rn

0

 



 

 








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