イオン結合 [ 編集 ]

?化ナトリウムNaClでは、ナトリウム原子は電子の1個を出して陽イオンのナトリウムイオンNa ⁺ になっている。?素原子Clは、ナトリウムから放出された電子を受取り、陰イオンの?化物イオンCl ^- になっている。

${\displaystyle \mathrm {Na} \rightarrow \mathrm {Na} ^{+}+\mathrm {e} ^{-}}$

${\displaystyle \mathrm {Cl+e^{-}\rightarrow Cl^{-}} }$

この ${\displaystyle {\ce {Na+}}}$ と ${\displaystyle {\ce {Cl-}}}$ との電?的な引力(ク?ロン力)によって、分子が互いに引き付け合い ${\displaystyle {\ce {Na+}}}$と ${\displaystyle {\ce {Cl-}}}$が交互に配置することによって ${\displaystyle {\ce {NaCl}}}$ の結晶が作られている。

このように、陰イオンと陽イオンによる電?的な引力による結合を イオン結合 といい、そのイオン結合をしている陰イオンと陽イオンからなる結晶を イオン結晶 (ionic crystal)という。イオン結晶では、陽イオン(positive ion)と陰イオン(negative ion)が規則的に配列をしている。

性質 [ 編集 ]

イオン結合は非金?元素と金?元素の化合物で?生しやすい。元素の電?陰性度の差が1.8以上の場合はイオン結合になると考えていい。

イオン結晶の性質 [ 編集 ]

イオン結合の電?的な引力は?いためイオン結晶の融点は高い。イオン結晶は電?を通さないが、イオン結晶を加熱して溶融したものや、イオン結晶を水に溶かした水溶液は電?を通しやすい。これは、自由に動けるようになったイオンが電?を通すためである。

組成式 [ 編集 ]

イオン結晶は分子では無いため分子式を持たないが、イオン結晶を構成する原子?の比を使った組成式で表すことが出?る。イオン結晶の組成式では左側に陽イオン、右側に陰イオンを書く。

例えば、?化ナトリウムは、ナトリウムイオンと?化物イオンが1:1の割合で構成されているため、その組成式は ${\displaystyle {\ce {NaCl}}}$ である。

一般に、陽イオン ${\displaystyle {\ce {A^{\it {m}}{}^{+}}}}$ と陰イオン ${\displaystyle {\ce {B^{\it {n}}{}^{-}}}}$ のイオン結晶の組成式は ${\displaystyle {\ce {A_{\it {n}}B_{\it {m}}}}}$ となる。なぜなら、イオン結晶は全?で電?的に中性であるため、陽イオンの?? × 陽イオンの個? = 陰イオンの?? × 陰イオンの個?　が成り立つためである。

イオン結晶の名?は、陰イオン、陽イオンの順に、そのイオンの名前をつなげることで命名する。ただし、「-(物)イオン」の部分は省略する。

例えば、 ${\displaystyle {\ce {NaCl}}}$ は?化物イオンとナトリウムイオンの組み合わせなので、名前は?化ナトリウムである。

${\displaystyle {\ce {Na2SO4}}}$ は硫酸イオンとナトリウムイオンの組み合わせなので、名前は硫酸ナトリウムとなる。

共有結合 [ 編集 ]

共有結合は、おおむね、以下のような仕組みである。 例として、水素分子での水素原子どうしの結合で?明する。

1. 水素原子が近づく。
2. それぞれの原子核は、相手原子の ?電子 (valence electron)を引き合う。
3. ?電子は、もとの原子を引き付けるから、結局、電子を仲立ちとして、原子核どうしが近づく。原子核どうしが近づいた結果、電子軌道の一部は共有されるので、電子?の一部が共有される。
4. 共有された電子?の一部では、水素原子の合計2個の?電子は1?になっている。このように?電子が?になったものを 電子? （でんしつい,electron pair）という。

ここで注意すべきなのは、電子どうしには引力が生じない、ということである。原子核どうしにも引力は生じない。あくまでも電荷の異なる粒子どうしの、原子核と電子とが電?引力を及ぼしているのである。同種の電荷である原子核どうしには反?力が生じている。同?に、同種の電荷である電子どうしにも反?力が生じている。

このように?電子を仲立ちとして、電子を共有することによって生じる結合を 共有結合 (covalent bond)という。

?電子は、なにも結合だけではなく、１個の原子の電子?上でも、?電子が多い場合は、?電子が生じる。 たとえば、L?の原子では、5個の?電子を持つN原子は1組の電子?をもつ。6個の?電子を持つO原子は2組の電子?をもつ。7個の?電子を持つF原子は3組の電子?をもつ。比較のため、同じL?のC原子を例に出すと、4個の?電子を持つC原子は0組の電子?をもつ。

非共有電子? [ 編集 ]

電子?は、必ずしも全てが結合に寄?するわけではない。結合に寄?する電子は、他の原子の?電子と?を作る場合のみである。したがって、同じ原子?の電子どうしで?を作っている場合は結合に寄?しない。このような同じ原子?の?電子どうしで?を作っている電子?を 非共有電子? （ひきょうゆうでんしつい,shared electron pair）という。

不?電子 [ 編集 ]

?を作らない?電子を 不?電子 (unpaired electron)という。 たとえばL?の原子では、4個の?電子を持つ炭素原子Cは不?電子を4個もつ。5個の?電子を持つ窒素原子Nは不?電子を3個もつ。6個の?電子を持つ酸素原子Oは不?電子を2個もつ。7個の?電子を持つフッ素原子Fは不?電子を1個もつ。 なお、K?原子である水素原子の不?電子は1個である。

共有結合を行う電子は、不?電子である。たとえば4個の不?電子をもつ炭素原子Cは、水素Hと結合してメタン CH ₄ を作る事ができる。

3個の不?電子を持つ窒素原子Nは、水素原子Hと結合すれば、アンモニアNH3 ₃ を作ることができる。

また、水素との結合のように、各原子が1個ずつ相手原子に不?電子を提供して共有電子?になった結合を ?結合 （たんけつごう）という。

構造式では?結合を1本の棒線で表す。たとえば水素分子は

H?H

である。棒線の1本あたり、1組の共有電子?を表している。 なお、このような共有電子?を表す線を ?標 （かひょう,bond）という。

多重結合 [ 編集 ]

二重結合 [ 編集 ]

ニ酸化炭素CO ₂ でのCとOと結合を考える。不?原子は、O原子には2個あり、C原子には4個ある。 そうすると、1個のC原子と1個のO原子との結合に?加する不?原子は、O原子からは2個であり、C原子からはOの不?電子の相手をするC原子の不?電子が2個ほど必要である。

そうすると、結合は4個の不?電子から2?の共有電子?が形成される。このように2?の共有電子?が形成される結合を二重結合(double bond)という。

構造式で表す場合、二重結合は = のような、上下の長さが等しい2本線で表す。（つまり2本の?標である。）棒線の1本あたり1組の共有電子?を表している。

ニ酸化炭素CO ₂ の構造式は

O=C=O

である。 なお、構造式は、分子の?際の形には??しない。あくまで構造式は共有電子?の共有の?子を表示したものである。

三重結合 [ 編集 ]

たとえば窒素分子N2のN原子どうしは3組の共有電子?で結合している。3組の共有電子?による結合を三重結合(triple bond)という。構造式では、3本の?標で表す。

配位結合 [ 編集 ]

アンモニアNH ₃ を水や濃?酸HClと反?させるとアンモニウムイオンNH ₄ ⁺ が生じる。 これはアンモニアの非共有電子?に、水素イオンが吸引された結果である。水素イオンは?電子を放出して正電荷になっているので、電子に引きつけられる。 このように非共有電子?に、?電子が空のイオンが吸引されてできる結合を 配位結合 （はいい けつごう ,coordinate bond）という。

NH ₄ ⁺ の結合について、アンモニウムイオンNH ₄ ⁺ の持つ結合N-Hの4個の結合は、4個とも同等であり、配位結合したあとは?別できない。 このような理由から、配位結合は共有結合の一種と見なされる。

オキソニウムイオン

水H ₂ Oや、希?酸などの酸性溶液では、少しだけイオン化をしていて、H ₃ O ⁺ とOH ^- とにイオン化をしている。このH ₃ O ⁺ は、H ₂ OにHが配意した配位結合である。このH ₃ O ⁺ をオキソニウムイオン(oxonium ion)という。

極性 [ 編集 ]

水素分子H ₂ や?素分子Cl ₂ のように同種の原子の共有結合で出?た結合において、電子?はどちらにも片寄らず、したがって電荷はかたよらない。 このような電荷の片寄りのない分子を 無極性分子 （むきょくせいぶんし,nonpolar molecule）という。

いっぽう、?化水素分子HClでは、?素に電子は片寄っている。その結果、H原子は、すこしばかりの正の電荷 δ+ を持ち、?素原子は少しばかりの負の電荷 δ－ を持つ。このように分子?に電荷の片寄りのある?態を 極性 （きょくせい,polarity）と言い、極性の有る分子を 極性分子 (polar molecule)という。

三原子以上の場合の極性

ニ酸化炭素CO ₂ ではC=Oの結合には極性があるが、分子全?ではO=C=Oが直線上の形?のため、2個のC=O結合の極性同士が反?向きになり、極性が打ち消し合う。したがって、分子全?ではニ酸化炭素は極性をもたない無極性分子である。このように原子?が3子以上の場合は、分子の形?が極性に?係してくる。

水H ₂ Oは極性分子である。分子全?では折れ線の形になっている。

メタンCH ₄ は無極性分子であり、正四面?の構造をとる。正四面?の4個の頂点に??する位置に水素原子Hがあり、正四面?の中心に??する位置に炭素Cがある。

水素結合 [ 編集 ]

16族原子のOと結合したH ₂ Oは、同じ16族原子との化合物のH ₂ SやH ₂ Seとくらべて、沸点が特に高い。 17族のFとの化合物のHFは同じ17族原子の HCl などとくらべて沸点が特に高い。 15族のNとの化合物のNH3も同?に、他の同?化合物より沸点が特に高い。 このような現象の仕組みを述べる。

O、F、Nとも電?陰性度の高い元素である。 例としてHFを解?する。フッ化水素HFはフッ素の電?陰性度が大きく、電子はフッ素に吸引される。この結果、水素原子は?電荷にかたよる。この大きく分極した水素を仲立ちとして、周?のHF原子のFを吸引することで、物質全?として?い結合をする。 これを 水素結合 (hydrogen bond)という。水素結合は、相手の原子がO、F、Nなどの電?陰性度の高い場合である。 電?陰性度が3番目に高いClは、原子半?が大きいため、電荷密度が小さい。そのため、水素結合は起こらない。

金? [ 編集 ]

金?では、電子は金?全?を動ける。電子?の視点で見れば、?際に電子?を周?の多くの原子と共有している。共有結合と違って特定の原子間で電子を共有しているのでは無い。金?原子は、電子の?がらせやすさが大きい。 金??の電子は、その結晶全?を動け、特定の原子には拘束されない。このような電子を 自由電子 (free electron)という。 また、自由電子による金?同士の結合を 金?結合 (metallic bond)という。

金?の性質 [ 編集 ]

金?の特?的な性質は、展性と延性や金?光?、また、熱や電?を?えやすいといったようなものがある。

展性と延性 [ 編集 ]

金?を?く叩く加工をすると、箔?に?げることが可能だが、箔?に?げても、金?がつながったままで、割れたり切れたりしにくく、叩いても金?がつながったままで?げやすい性質を 展性 （てんせい,ductility）という。また、金?を伸ばして線?に引き伸ばしても、切れにくくつながったままの性質を 延性 （えんせい,malleability）という。 この展性や延性は、自由電子による。金?結合が自由電子による結合なので、加工によって?形をしても、原子の配列が?わっただけで、金?全?では自由電子を共有しつづけるので、金?結合を維持し?けるからである。

金?光? [ 編集 ]

金?には光?が有る。これは、金?表面で光の反射が起こるからである。より正確に言うと、光をいったん吸?して、その直後に再放出をするので、反射をする。金?によっては、全ての波長を反射せずに波長の一部の光を吸?するので、その結果、金?は色みを?びて見えることになる。

銀では、ほぼすべての入射光を反射するので、銀白色に見える。（白色とは、可視光の波長が全て?っている光の?態である。） 銅や金など、色づいて見える金?は、入射光の一部の波長の光を金?が吸?している事による。

その他の性質 [ 編集 ]

金?は自由電子の?きで熱や電?をよく?えるため 導? である。さらに、??のケイ素Siや、ゲルマニウムGeのように、導?と絶??の中間的な性質をもつものを 半導? という。
金?は一般に?度が高くなればなるほど電?抵抗が大きくなる。これは、金?原子の熱運動が激しくなり、自由電子の移動を妨げるためである。また、金?の中には、低??態で電?抵抗が0になるものがあり、この現象を 超?導 という。