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イオン化傾向の覚え方を1からわかりやすく解説します!

はじめに

イオン化傾向とは、金属元素のイオンになりやすさを表した指標で、大学受験の化学における必須事項の1つです!

もしかしてあなたも化学の勉強をはじめて、想像以上に覚えることが多くて困っていたりしませんか?
イオン化傾向や電気陰性度等の指標に加えて、沢山の化学反応式、こんなの一々覚えてられないよなんて思ってしまっても無理はありません。
かくいう私も暗記が苦手なこともあって理系にしたのに、「化学の時間はよくわからない言葉をたくさん覚えなくちゃいけない」と大変憂鬱に思っていたことがあります。

しかし、実は化学はその根底にある理屈がわかっていると暗記する内容を大きく減らせる科目なのです。覚えるべきことを正しく覚えると芋づる式に他の知識も入ってくるというイメージです。
この記事ではそんな「覚えるべきこと」の1つであるイオン化傾向について
「そもそもイオン化傾向って何?」というところから、忘れないための語呂合わせ、混同してしまいがちなイオン化エネルギーとの違いに至るまで解説します。

イオン化傾向とは?

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「イオン化傾向」の「イオン化」とは金属が陽イオンになること

イオン化というと分子や原子が陽イオンか陰イオン、どちらかのイオンになることを指します。
しかし、「イオン化傾向」における「イオン化」とはある金属の単体が陽イオンになることを指します。
金属元素を「陽イオンになりやすい順に並べた順番」がイオン化傾向なのです。

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上の図の通り、リチウムはK殻に2つ,L殻に1つの電子を持つ元素でした。
最外殻であるL殻から電子が1つ飛び出すと、K殻に2つの電子だけになり、ヘリウムと同じ電子配置となります。
電子が1つ飛び出るということは、リチウムの単体よりも電子1つ分だけプラスに帯電することになります。
このように、電気的にプラスでもマイナスでもなかった金属が、イオン化することでプラスに帯電するのです。

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イオン化傾向の表=イオン化列を覚えておくと受験でオトク!

さて、イオン化傾向、イオン化傾向と繰り返し使ってきましたが、まずはそれがどんなものなのか見てみないと始まりません。
入試で使う範囲に関してイオン化傾向を並べると以下のようになります。
Li K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Pt Au

このようにイオン化傾向を1列に並べたものを「イオン化列」と呼ぶこともあります。
この「イオン化列」をざっくりと見渡すと、LiやKなど周期表の左側(1族、2族)の金属が前に来て、Ag,Ptなど遷移金属と呼ばれる周期表第四周期以降の真ん中あたりにある金属は後ろの方に来ています。

☆イオン化列の前側にあるものはそれだけ陽イオンになりやすいということで、イオン化傾向によって水や酸との反応性もわかります。
Naまでの元素は冷水と反応してしまうため、灯油等の有機溶媒に入れて保存します。
また、H2よりもイオン化傾向が高いPbまでの元素は酸化力を持たない酸とも反応する一方で、H2以下の元素は酸化力のある酸としか反応しません。
中でもPtやAuは通常の酸化剤とは反応せず、王水と呼ばれる濃塩酸と濃硝酸を3:1で混ぜた非常に強い酸化力を持つ酸化剤としか反応しないことが知られています。

☆の内容は発展的なものなので難しいと感じてしまったかもしれません。勿論、はじめてイオン化傾向を学んだときに覚えておかなくても大丈夫な内容です。
しかしこれから学習が酸化還元や無機化学と進んでいくにつれて、この内容は覚えなければいけないものになります。
もしイオン化傾向の意味とイオン化列が頭に入っていなかったら単なる丸暗記になってしまうところを、これらの内容を正しく理解してさえいれば理屈で覚えられると思うとイオン化傾向の勉強が非常に有意義だと思いませんか?

イオン化傾向の覚え方 語呂合わせで確実に覚えよう

イオン化傾向は何より順番が大切です。順番を間違えて覚えてしまうと、反応式でイオンになるものと単体になるものをあべこべに書いてしまったり、様々なミスを起こしてしまいます。
そこで、語呂合わせを使って順番まで確実に暗記してしまいましょう!
「リッチに借りるかな まあ当てにすんな 酷すぎる借金」
「リッチに(Li)借りる(K)か(Ca)な(Na) ま(Mg)あ(Al)あ(Zn)て(Fe)に(Ni)すん(Sn)な(Pb)ひ(H2)ど(Cu)す(Hg)ぎ(Ag)るしゃっ(Pt)きん(Au)」

まああてにでアルミニウム⇒亜鉛と続くことや、すぎの中に水銀、銀と含まれていることが重要です。

イオン化傾向を使って解く問題

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イオン化傾向は、それ自体を題材にした問題、即ちイオン溶液に金属板を浸す反応について出題されることもあれば、電池の起電力の様に表面的にはイオン化傾向と関係ないように見えるものの、実際はイオン化傾向について問われることもあります。

今回はそれぞれについて例題を見てみましょう。

金属と金属イオン水溶液の反応

金属イオンの溶液に金属板を浸した時、「金属板の方がイオン化傾向が高い」場合に「金属板が溶けてイオンになり、金属イオンが還元されてイオン化傾向の低い金属が析出」します。
これは難しいことは一つもなく、「イオン化傾向の高い金属とイオン化傾向の低い金属であれば、高いほうが優先的にイオンになる」というだけのシンプルな理屈です。
金属の単体が陽イオンになるためには電子を放出しないといけないことは先ほどお話したとおりです。
放出された電子は消えてしまうことはできず、どこかに落ち着かなければいけません。
そこで、イオン化傾向の低い金属の陽イオンが電子を受け取って単体になるのです。

例として、硫酸銅(Ⅱ)CuSO4溶液に亜鉛Znを浸したときの反応を見てみましょう。
今、イオンとなっているのは銅Cu,単体なのは亜鉛Znです。この2種類の金属のうち、イオン化傾向が高いのは亜鉛Znなので、亜鉛が溶けてイオンになり、銅イオンが電子を受け取って銅の単体が析出します。

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例題として、次の水溶液とそれに浸す金属の組み合わせで金属が溶けるかどうか、溶けるのであればその化学反応式を答えてみましょう。

①(水溶液)FeSO4 (金属)Zn
②(水溶液)CuSO4(金属)Ag
③(水溶液)CuSO4(金属)Fe

イオン化傾向の順番を「リッチに借りるかなまあ当てにすんなひどすぎる借金」で思い出した上で、それぞれの金属のイオン化傾向の大小を判断します。
それでは答えです。
①イオン化傾向はZn>Fe よって溶ける
反応式は Zn + FeSO4 → ZnSO4 + Fe

②イオン化傾向はCu>Ag よって溶けない

③イオン化傾向はFe>Cu よって溶ける
反応式はFe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

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電池の起電力はイオン化傾向の差からうまれる

あなたが日常生活で必ず使っている電池にも、イオン化傾向の仕組みが使われています。
電池というのは正極(+)と負極(-)の2つの金属を繋いでできています。
イオン溶液に浸った金属を導線でつなぐと、イオン化傾向の高い金属がイオンになるためにイオン化傾向が高い金属から低い金属へと電子が移動します。
マイナスの電荷を帯びている電子が移動するので、電子の移動と逆向きに電気が流れます。これが電池の仕組みです。
そのためイオン化傾向が低いほうの金属が正極(+)、イオン化傾向が高いほうが負極(-)になります。

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電池の性能というか、同じ回路に繋いだときの電流の大きさを表すのが起電力(単位はV)です。
この起電力の大きさは、正極と負極のイオン化傾向の差で決まるのです。
正極の金属が同じ時、負極のイオン化傾向が高ければ高いほうが電池の起電力は大きくなります。
逆に負極に同じものを使うときは、正極のイオン化傾向が低いほうが大きな起電力を示します。

次の2つの金属を極とした電池を作ったとき、正極はどちらか答えてみましょう。
①Cu Zn
②Fe Pt

①イオン化傾向Zn>Cuより、正極はCu
②イオン化傾向Fe>Ptより、正極はPt

センター試験でも出るイオン化傾向

平成29年度・センター試験化学の第三問問6ではまさしくイオン化傾向の大小を正しく覚えられているかが問われる問題が出題されました。

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独立行政法人大学入試センターHPより引用

さて、先ほど電池の起電力についての場面でお話したとおり、電池においてはイオン化傾向が低い方から高い方に向かって電流が流れます。
そのため実験結果からイオン化傾向はC>A>Bだとわかります。
「リッチに借りるかな、まあ当てにすんなひどすぎる借金」を思い出すと、選択肢の3つの金属のイオン化傾向は
マグネシウム>亜鉛>銅となっています。
よってこのC,A,Bの順とマグネシウム,亜鉛,銅の順が対応した6番が正答になります。

イオン化傾向とイオン化エネルギーの違い

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「イオン化傾向」とよく似た言葉に「イオン化エネルギー」という物があります。
あなたはこれらの言葉が表すものの違いを正しく説明できますか?

イオン化エネルギーとは?

イオン化エネルギーとは、
・原子やイオンから電子を取り去ってイオンにするために必要なエネルギー
です。
LiがLi+になるとき、電子が1つリチウム原子から外れるということはこの記事の最初にお話しました。
どうして原子やイオンから電子を取り去る際にエネルギーが必要なのでしょうか?

電子はマイナスに、原子核はプラスの電荷を持っているため、電子と原子核の間には引力が働いています。
そうして引き合いながら安定な距離にある原子核と電子から、引力とは反対方向に引き剥がそうというのだからエネルギーが必要になってくるのです。

原子から電子を1つ取り去って1価の陽イオンにするために必要なエネルギーを第一イオン化エネルギー、1価の陽イオンから電子を1つ取り去って2価の陽イオンにするために必要なエネルギーを第二イオン化エネルギーと言います。(第三、第四と続く…)

イオン化傾向とイオン化エネルギーの関係性は?

さて、「イオン化傾向は陽イオンのなりやすさ」、「イオン化エネルギーは陽イオンになるために必要なエネルギー」だということがわかりました。

これら2つの要素は単体から陽イオンへの変化に関連する指標である以上、何らかの関係性がありそうです。
(イオン化傾向における陽イオンは水に溶けた状態、イオン化エネルギーでは気体状態という点に注意してください)

単体がイオンの溶液になるためには、原子がイオンになり、それが水に溶ける必要があります。
イオン化エネルギーが低いということは原子がイオンになるために必要なエネルギーが少ない、言い換えると原子がイオンになりやすいということです。
つまり、ざっくりとした関係性になってしまいますが「イオン化エネルギーが低いことがイオン化傾向が高いための要素の1つになっている」ということが言えるのです。

最後に

イオン化エネルギーとイオン化傾向の違いなどは理論化学の中でもかなり難しい方の内容なので飲み込むのが難しかったかもしれません。
しかし、化学の勉強におけるイオン化傾向というのは酸化還元や電池にも繋がる超重要な単元になります。
イオン化傾向の覚え方である「リッチに借りるかなまあ当てにすんな酷すぎる借金」でしっかりとイオン化傾向を覚えましょう!

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この記事を書いた人
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現役で東京大学理科2類に合格しました。いまは教養学部後期課程の4年生です。 得意科目は数学と化学、物理で、理系科目を中心に執筆していますので参考にしていただけると嬉しいです。

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