化学【5分でわかる】イオン結合とは?共有結合との違いと組成式・分子式

化学オンライン講義

【図解】イオン結合の仕組み、イオン結合と共有結合の違い、組成式と分子式の違いを具体的かつ丁寧に解説します。解説担当は、灘・甲陽在籍生100名を超え、東大京大国公立医学部合格者を多数輩出する学習塾「スタディ・コラボ」の化学科講師です。

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イオン結合とは

陽イオンと陰イオンとの間に働く静電気力による結合イオン結合といいます。

金属原子と非金属原子が結合するときに生じます。

ただし例外として、アンモニウムイオンNH4+を含むときは非金属原子のみで構成されていてもイオン結合です。

 

イオンについては 陽イオン・陰イオン(単原子イオン)の電子配置と価数 を参照してください。

 

結合の仕組み

陽イオンと陰イオンはプラスとマイナスなので、お互いに引き合います。この静電気的な引力をクーロン力といい、このクーロン力で結びついた結合がイオン結合です。

陽イオン
単原子イオン … 金属元素(Na,Ca2+など)
多原子イオン … NH4+のみ
陰イオン
単原子イオン … 非金属元素(Cl,O2ーなど)
多原子イオン … NH4+以外(SO42ー,OHなど)

 

その他覚えておかなければならないイオンは 受験で覚えておくべき単原子イオン・多原子イオンの一覧 を参照してください。

 

例えば、NaClやMgO,K2SO4など金属元素と非金属元素が組み合わさってできたものがイオン結合性の物質ということです。

繰り返しますが、イオン結合とは、陽イオンと陰イオンの間のクーロン力(静電気力)で結びつきます。そのため、以下の図のようにいくつもの陽イオンと陰イオンが互いに際限なく結合を繰り返すことで結晶となり、物質を構成していきます。

イオン結合のイメージ(NaCl)

イオン結合と共有結合の違い

上の図からわかるとおり、

イオン結合は、プラスとマイナスの間で生じるクーロン力によって作られており、陽イオンと陰イオンがある限り際限なく結合し続けます

それに対し、共有結合はお互いが持つ電子を出し合うことで結合を作っており、電子の数には制限があるため、ひとつのかたまり(=分子)が形成されます。
ただし、共有結合の結晶は例外です。

 

組成式と分子式の違い

共有結合によって作られた分子を表す分子式は、ひとつのかたまり(=分子)に使われている原子の個数を表したものでした。

例えば、CO2であればC原子1個とO原子2個が結合してひとつのかたまりとなった分子ということでした。

これに対し、イオン結合によって作られた物質は、陽イオンと陰イオンが際限なく結合して構成されているため、分子のようにひとつのかたまりの状態になっていません。そのため、陽イオンと陰イオンの数を最も簡単な整数比にした組成式というものを使って表します。

例えば、

塩化ナトリウムであれば、Na+:Cl = 1:1の割合で結合しているため、NaClと書きます。

硫酸カリウムであれば、K+:SO42- = 2:1 の割合で結合しているため、K2SO4と書きます。

酸化アルミニウムであれば、Al3+:O2- = 2:3 の割合で結合しているため、Al2O3と書きます。

分子式と組成式の例

それでは組成式の作り方を説明します。

(1)まずは各原子のイオン状態を覚えること!!
⇒ 受験で覚えておくべき単原子イオン・多原子イオンの一覧 で覚えましょう!!(2)陽イオンの価数と陰イオンの価数を足し合わせてゼロになるように組み合わせます。

 

塩化ナトリウム
Na+の価数が+1,Cl の価数が-1なので1:1で結合し、NaClとなります。

硫酸カリウム
K+の価数が+1,SO42- の価数が-2なので、K+が2個、SO42-が1個だとプラスマイナスゼロとなります。
よって、K2SO4と書きます。

酸化アルミニウム
Al3+の価数が+3,O2- の価数が-2なので、Al3+が2個、O2-が3個だとプラスマイナスゼロとなります。
よって、Al2O3と書きます。

硫酸アルミニウム
Al3+の価数が+3,SO42- の価数が-2なので、Al3+が2個、SO42-が3個だとプラスマイナスゼロとなります。
よって、Al2(SO4)3 と書きます。

※Al2SO43 と書かないように注意しましょう。これだとO原子が43個という意味になってしまいます。あくまでもS原子1個とO原子4個から構成されるSO42-が3セット必要という意味なので括弧が必要です。

 

まとめ

灘・甲陽在籍生100名を超え、東大京大国公立医学部合格者を多数輩出する学習塾「スタディ・コラボ」の化学科講師よりイオン結合の仕組みを具体例を交えながら図で詳しく解説しました。しっかりと覚えておきましょう。

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