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化学

イオン化傾向の特徴についてわかりやすく解説

 
イオン化傾向 特徴

今回はイオン化傾向の特徴について解説します。

ちなみにこの記事で解説するイオン化傾向はショッピングモールのイオンが増える話ではありません（苦笑）。
今回解説するイオン化傾向は金属のイオン化傾向です。

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イオン化傾向の特徴

イオン化傾向とは？

金属がどんな反応をするのか？
バカ暗記していませんか？

バカ暗記は受験のときに、緊張感から度忘れしてしまいますよ。
理解して覚えた方がよいです。

そのためにイオン化傾向の理解は非常に重要になってきます。
イオン化傾向っていうのは金属が酸化されやすい順番に左から並べたものです。

どういう順番なのか？並び順に関しては
以下の語呂で覚えましょう。
ここは絶対暗記です。

イオン化傾向（語呂合わせ）

リッチ（Li:リチウム）で貸そう (K：カリウム) か (Ca) な (Na) 、ま (Mg：マグネシウム) あ (Al) あ（亜鉛:Zn）て（鉄:Fe）に (Ni：ニッケル) すん (Sn) な（鉛:Pb）、ひ (H) ど（銅:Cu）す（水銀:Hg）ぎる（銀:Ag）借（白金:Pt）金(金:Au)

イオン化傾向は左から順番に酸化されやすい順番に左から並べたものです。
金属の酸化されやすさを表すものです。
酸化されやすい＝陽イオン化しやすさ
という意味でもあります。

金属、たとえばですが、
$Na $単体だったものが$Na^{＋} $という陽イオンになるとき、
酸化数が０から＋１に増えます。

酸化数が増加するということは酸化されるということですね。

金属単体（$Na $）が陽イオン（$Na^{＋} $）になるときは酸化されたことになります。
だから酸化されやすい金属というのは陽イオン化しやすい金属と同じことです。

なので

イオン化傾向とは

金属が陽イオン化しやすい（酸化されやすい）順番に左側から並べたもののこと。

です。

イオン化傾向は金属の反応を考えるのに重要なキーワード

イオン化傾向とは金属の反応を考えるために重要です。
特に電池や電気分解なんかでイオン化傾向の知識・理解はマストになってきます。
金属の反応におけるキーワードは『陽イオン化すること＝溶けること』です。

中学校でイオン化傾向を習うと思いますが、
このとき、「イオン化傾向は溶けやすい順番に並んでいる」と教えているようです。

たとえば、銀は濃硝酸に溶けますが、
銀が溶けた＝濃硝酸の中で銀イオンになったということです。
鉄くぎが塩酸に溶けますが、
鉄が塩酸の中で鉄イオンになって溶けたということです。

金属が水溶液中で陽イオンになると
その水溶液に溶け込んだことになります。
ここ大事ですよ。

つまり、『陽イオン化すること＝溶けること』です。
『陽イオン化すること＝溶けること』ということがわかっていれば
金属の反応はすごく理解しやすくなりますよ。
変化後がどうなるか？見えやすくなりますから。

では具体的にいったいどんな反応をするのか、考えていきましょう。
イオン化傾向を使って金属の反応を見ていきましょう。
リチウム（Li）から金（Au）までイオン化傾向を左から順にすると以下のようになります。

イオン化傾向

Li、K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Ni、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt、Au

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イオン化傾向の特徴（水との反応）

イオン化傾向の特徴（冷水との反応）

まず冷水との反応を考えていきましょう。
冷水＝熱してない水ですよ。
熱湯や水蒸気は後で解説します。

水と金属って反応するのでしょうか？
反応しないような気がしませんか？

たとえば、鉄を水に入れても反応しませんよね。
時間がたったら錆びるかもしれませんが。

でも、Li、K、Ca、Naみたいなイオン化傾向が左側の金属だと反応性が高いので
水と反応します。

冷水との反応

Li、K、Ca、Na（リチウムからナトリウムまで）は
冷水とも激しく反応し、$H_2↑ $が発生する。
（↑は気体が発生することを示す）

爆発的にナトリウムやカリウムといったアルカリ金属やアルカリ土類金属は
火花を出しながら反応していきます。


なので、水と接触すると非常に危険です。
だから、ナトリウムみたいなアルカリ金属とかアルカリ土類金属は
石油の中で保存します。

石油の中であれば水と接触しませんからね。

ナトリウムを扱う化学工場が火災を起こすと
水をかけれません。
水をかけると、また爆発してしまいますからね。

こんな感じでナトリウムは反応性の高い危険な金属です。

イオン化傾向の特徴（熱湯との反応）

熱湯との反応

Li、K、Ca、Na、Mg（リチウムからマグネシウムまで）は
熱湯と反応し、$H_2↑ $が発生する。
（↑は気体が発生することを示す）

当然かもしれませんが、冷水と反応する金属は熱湯とも反応します。
なので冷水で反応したリチウムからナトリウムまでだって熱湯と反応します。
ここでは冷水には反応しなかったマグネシウムが熱湯であれば反応するというところが大事です。

だからマグネシウム以上は熱湯と反応して$H_2↑ $が発生するということです。

イオン化傾向の特徴（高温の水蒸気との反応）

イオン化傾向が鉄以上の金属は高温の水蒸気となら反応できます。

高温の水蒸気（100℃以上のスチーム）との反応

Li、K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe（リチウムから鉄まで）は
高温の水蒸気と反応し、$H_2↑ $が発生する。
（↑は気体が発生することを示す）

だからアルミニウムとか亜鉛とか鉄は高温の水蒸気とでないと反応しません。
もちろん、それ以上のもの（Li、K、Ca、Na、Mg）は
高温の水蒸気と当然反応します。

イオン化傾向が右に行けば行くほど、
反応性が落ちていくイメージを持つと理解しやすいと思います。

たとえばマグネシウムだったら熱湯より高温でないと反応しませんし、
アルミニウムや亜鉛や鉄は高温の水蒸気でないと反応が起こりません。

それ以下（Ni、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt、Au）になると
水とは反応が起こりません。
どんな温度でも水と反応することがありません。

これが金属と水との反応になります。

温度によって反応が起こるかどうか変わってきますが、
左側に行くほどより低温でも反応できるということです。

イオン化傾向の特徴（水と反応すると水素が発生する理由）

ここで、疑問に感じた方、いませんか？
水系統と反応すると、とりあえず$H_2↑ $が反応しましたよね。
どうして$H_2↑ $ができるのでしょう？

$Na $＋$H_2O $

ナトリウムと水の反応で考えてみましょう。
ナトリウムは冷水とも激しく反応しますよね。
ここは復習ですからね。

$H_2O $（水）はごくわずかですが、$H^{＋} $（水素イオン）と$OH^{ー} $（水酸化物イオン）に
イオン化しています。

ナトリウムという金属はイオン化傾向は水素よりも大きい（左側）ですよね。

つまり、水素よりもナトリウムの方が、
はるかに陽イオンになりやすい金属なわけです。

だから、$Na $と$H^{＋} $で陽イオンの入れ替えが起こることになります。

なので単体の$Na $は$Na^{＋} $となり、$NaOH $（水酸化ナトリウム）という化合物ができます。
そして$H^{＋} $だったものは単体の$H_2 $に戻るのです。
係数に注意してください（$\frac{１}{２} $$H_2 $となります）。

$Na $＋$H_2O $⇒$NaOH $＋$\frac{１}{２} $$H_2↑ $

以上のような理屈で水素ガスが発生しているわけですね。

これは他の金属でも同じです。
マグネシウムでも鉄でも水素よりもイオン化傾向が大きいので
水の$H^{＋} $と金属の間で陽イオンの入れ替えが起こるので
同じ感じで$H_2↑ $という気体が発生しているわけですね。

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イオン化傾向の特徴（酸との反応）

イオン化傾向

Li、K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Ni、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt、Au

酸との反応では水素がポイントになってきます。
どうして金属ではない水素がイオン化傾向の表に入り込んでいるのでしょう？
酸との反応を理解してもらうためです。

イオン化傾向が水素より大きい金属と小さい金属で反応の仕方が
ガラッと変わってきます。

まずはイオン化傾向が水素よりも大きい金属との酸の反応から見ていきましょう。

イオン化傾向が水素より大きい金属との酸の反応

イオン化傾向

Li、K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Ni、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt、Au

イオン化傾向が水素よりも大きい金属は酸化力のない酸にも溶け、
$H_2↑ $が発生するという特徴があります。

ところで酸化力がない酸ってどんなものでしょう？
ちなみに酸化力と酸性はまったく意味が違います。

酸化力と酸性の違い

・酸化力は相手から電子を奪う働きのこと
・酸性とは水素イオンを出す働きのこと

です。

では酸化力がない酸ってどんなものがあるでしょう？
電子を奪うことはできないけど、水素イオンを出せるものが該当します。

前回の記事で解説した熱濃硫酸、濃硝酸、希硝酸の3つは
電子を奪うこともできる酸で酸化力がある酸です。
⇒前回の記事はこちら

これ以外の酸が酸化力のない酸です。
たとえば、塩酸（$HCl $）や希硫酸（希$H_2SO_4 $）などが酸化力のない酸です。

こちらの反応をご覧ください。

$Zn $＋希$H_2SO_4 $

亜鉛と希硫酸の電離で生じる水素イオン（$2H^{＋} $）の間で
陽イオンの入れ替えが起こります。

さっき解説したように$Zn $の方が水素イオンより
陽イオンになりやすいですからね。
水素よりも亜鉛の方がイオン化傾向が左側だからです。
同時に$An $が$Zn^{2＋} $となって$SO_4^{２ー} $と結びつきます。
そして$2H^{＋} $が単体に戻り$H_2 $

よって、

$Zn $＋希$H_2SO_4 $⇒$ZnSO_4 $（$Zn^{2＋} $、$SO_4^{２ー} $となっている）＋$H_2 $↑

という形で水素ガスが発生します。

このとき、亜鉛は陽イオン（$Zn^{2＋} $）になり溶けています。

同様に鉄でもアルミニウムでも同じ反応が起こります。

ただ例外的に鉛は塩酸、希硫酸には溶けません。
硝酸には溶けます。

イオン化傾向が水素より小さい金属との酸の反応

イオン化傾向

Li、K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Ni、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt、Au

イオン化傾向が水素より小さい金属は銅、水銀とか銀です。
銅、水銀、銀という三種類の金属は酸化力のない酸には溶けません。
なぜなら、$H^{＋} $と銅、水銀、銀の間で陽イオンの入れ替えは起こりません。
銅の方が水素イオンより陽イオンになりにくいからです。

では酸に溶けないのでしょうか？
溶けることがあります。
特殊能力を持った酸に溶けることがあるのです。

銅、水銀、銀の3種類は
酸化力のある酸には溶けます。

酸化力のある酸って何でしょう？
酸化力のある酸は半反応式で登場する酸です。
⇒酸化剤と還元剤語呂を使った覚え方

酸化力のある酸は

・熱濃硫酸
・濃硝酸
・希硝酸

の3種類が該当します。

これら3つの酸化力を持つ酸だと銅、水銀、銀の3種類は溶けます。

ではどうして酸化力のある酸には溶けるのでしょう？
酸化力のある酸（濃硫酸など）は電子を奪う働きを持っています。

銅原子から電子を奪ったら銅イオンになります。
$Cu $⇒$Cu^{２＋} $＋$２e^{-} $
となりますね。

あるいは銀原子から電子が奪われたら銀イオンになりますね。
$Ag $⇒$Ag^{＋} $+$e^{-} $
となります。

ところで、酸化力のある酸と銅や銀の反応で$H_2 $↑は発生しません。
なぜ$H_2 $↑はできないのでしょう？
水素イオンと反応しているわけではありませんからね。

では何が発生するのでしょう？
それは熱濃硫酸、濃硝酸、希硝酸が電子を奪った後、
何になるかで決まります。

これは暗記事項でしたね。
こちらの記事で解説しています。
⇒酸化剤と還元剤語呂を使った覚え方
⇒半反応式の問題を解きながら作り方も覚えよう！

熱濃硫酸なら電子を奪ったら$SO_2 $（二酸化硫黄）になります。
濃硝酸なら電子を奪ったら$NO_2 $、希硝酸なら$NO $になります。

で、イオン化傾向が一番小さい、Pt（白金）とAu（金）ですが、
これら2つは酸化力のある酸でも溶かすことができません。

Pt（白金）とAu（金）を溶かす液体は1つだけです。
王水だけです。

王水というのは錬金術師といわれる人たちが発見したといわれている特殊な液体です。
金をも溶かす液体で、王様の水で王水です。
王水は濃硝酸と濃塩酸を１対３の比率で混ぜたものです。

錬金術師って安い金属から金を作ろうとした人たちです。
でも当時の技術では錬金術というのは失敗に終わりました。
ただ、いろんなことをやっているうちに
いろんな薬品の開発というのは行われていました。
王水もそうです。

ちなみに熱濃硫酸も錬金術師が見つけたといわれたといわれています。
結局、錬金術は不可能でしたが、
科学技術の発展には大きな貢献をしています。

錬金術師はその後、薬剤師になったという説もあります。

以上でイオン化傾向の特徴についての解説を終わります。

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イオン化傾向 特徴
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