化合物、混合物の違いと第一イオン化エネルギーと電気親和力

質問

今高2で化学の総復習に走っているのですが二つ質問があります。
まず、題名のとおり化合物と混合物の違い。（まだ初めのほうです。
食塩水や過酸化水素水などの水がからんでいるものは混合物だと
わかりますが希硫酸や塩酸がわかりません。硫酸銅なんか(似た名前なので)は
化合物ですよね？この区別はどのようにしたらいいのでしょうか？
定義を見ても今ひとつピンと来ないので詳しく教えていただければ幸いです。
次に第一イオン化エネルギーと電気親和力。定義は教科書でも
参考書でもどこにでも書いているのでわかります。理解の問題なのですが
陽性の強い原子→イオン化エネルギーが小さい
陰性の強い原子→電気親和力が大きい
とこれが理解できません・・・イオン化エネルギーは
電子一個を取り一価の陽イオンにするために必要なエネルギー
電気親和力は一個の電子を受け取り一価の陰イオンになるときに
放出するエネルギー。放出エネルギーが多ければ
陰性が強い？たくさん出せばそれだけマイナスが増える？(F^-＜O^2-)
それだとイオン化エネルギーのほうが矛盾するような・・・
ああ、頭がパンクしそうだ。誰か助けてください。
一度問題に突き当たると理解するまで気になってしょうがないタイプなもので・・・

回答No.9

rei00

rei00 です。先の回答に少し補足致します。

> 陽性の強い原子→イオン化エネルギーが小さい
> 陰性の強い原子→電気親和力が大きい

　この様に教科書あるいは参考書に書かれていたのでしょうか？　これは逆です。

・イオン化エネルギーが小さい
　　　　⇒ 陽イオンになりやすい ＝ 陽性の強い原子
・電気親和力が大きい
　　　　⇒ 陰イオンになりやすい ＝ 陰性の強い原子

　イオン化エネルギー（電子親和力）が大きいか小さいかが，陽イオン（陰イオン）になり易いかどうか，つまり陽性（陰性）が強いかどうかの目安になります。

回答No.8

rei00

随分遅くなりましたが，私にも回答させて下さい。

　さて，「化学」ですので，反応式とエネルギーがどうなっているかを考えてみましょう。「第一イオン化エネルギー」及び「電子親和力」の定義は Zincer さんが #3 で回答されているものを使います。

　まづ，「第一イオン化エネルギー」についてです。反応は，　原子 → １価陽イオン ＋ 電子（e-）　ですね。ここで，電子（e-）が単独で存在する状態は非常に不安定ですので，左辺に比べて右辺の方が高エネルギー状態になります。つまり，エネルギーを与えないとこの反応は起こりません。エネルギー状態を示すと下のようになります（比較のため原子１，２のエネルギーを揃えてあります。等幅フォントで横に広げてご覧下さい）。ここで，原子１に比べて原子２の方が，イオン状態のエネルギーが低いですので安定で，反応は進みやすいです。第一イオン化エネルギーで見ると，原子２の方が少なくて済みます。つまり，原子２の方が「１価陽イオンが相対的に安定⇒１価陽イオンになりやすい＝陽性が強い⇒第一イオン化エネルギーが小さい」という事になります。

　　　　　　　　　＿（１価陽イオン１ ＋ e-）
　　　　　　　　／↑　　　　　　　　　　　　　　 ＿（１価陽イオン２ ＋ e-）
　　　　　　　／　｜＝ 第一イオン化エネルギー　／↑
（原子１）＿／　　｜　　　　　　 （原子２）＿／　｜＝ 第一イオン化エネルギー

　次に，「電子親和力」についても同じ様に考えます。反応は，　原子 ＋ 電子（e-）→ １価陰イオン　ですね。ここで，電子（e-）が単独で存在する状態は左辺にありますから，左辺の方が右辺に比べて高エネルギー状態です。つまり，この反応が進むと余ったエネルギーが放出されてきます。エネルギー状態を示すと下のようになります。ここで，原子２に比べて原子１の方が，イオン化状態のエネルギーが低く安定で，反応は起こりやすいです。電子親和力で見ると，原子１の方が大きいです。つまり，原子１の方が「１価陰イオンが相対的に安定⇒１価陰イオンになりやすい＝陰性が強い⇒電子親和力が大きい」という事になります。

（原子１ ＋ e-） ＿　　　　　　　（原子２ ＋ e-） ＿
　　　　　　 　 ｜＼　　　　　　　　　　　　 　 ｜＼
　 電子親和力 ＝｜　＼　　　　　　電子親和力 ＝ ↓　＼＿（１価陰イオン２）
　　　　　　 　 ↓　　＼＿（１価陰イオン１）

　いかがでしょうか。よけいな混乱を引き起こさなければ良いのですが・・・

回答No.7

Organomets

横レスになります、ごめんなさい。

＞陰性(陽性)の強い原子→-(+)の値っていうのかなそれが
＞多いってことですよね？H^+よりもAl^3+という概念でいいのでしょうか？

　イオンの価数と元素の陰性陽性を混同してらっしゃるようですね。まず一番に注意していただきたいのは、イオン化エネルギーや電子親和力は元素ごとに異なるという点です。参考URLのPage2冒頭に、第１イオン化エネルギーの値を簡素化して表したグラフがありますので参照してください(具体的な数値を知りたいときは信頼できる書籍を見てください)。参考URLの第１章全体もよく読んでみてください。

　ご質問本文中ではF^-とO^2-、補足ではNa^+とAl^3+を比較してらっしゃいますが、元素の陰性陽性を議論する場合、その対象となるものは特に断り書きが無い限り中性の原子です。すなわち、FとOではどちらの電子親和力が大きいか、あるいはNaとAlではどちらの第１イオン化エネルギーが大きいかが問われているわけです。各元素の安定なイオンの価数を問われているのではありません。

　ところで、閉殻構造またはオクテット即についてご存知ですか？　これを理解した上で周期表の典型元素の部分を大体覚えておくと、センター試験程度の問題のうち今回のご質問に関連するものには十分に対応できるようになると思います。

最後に余計な感想ですけど
＞一度問題に突き当たると理解するまで気になってしょうがないタイプなもので・・・

このような深い探究心を持つことは、何らかの分野でプロを目指すときには非常に重要な資質になると思います。

参考URL：

http://www2.yamamura.ac.jp/chemistry//chapter1/lecture6/lect1061.html

回答No.6

po-net

＞陰性(陽性)の強い原子→-(+)の値っていうのかなそれが多いってことですよね？H^+よりもAl^3+という概念でいいのでしょうか？

高校化学の範囲からは少し飛び出してしまいますが、コレについて言うと、実は、「イオン化エネルギーにはいくつかの種類がある」ということが関係しています。

＞イオン化エネルギーは電子一個を取り一価の陽イオンにするために必要なエネルギー

コレは最初の質問に書いてありましたが、コレについての質問です。
「ではAl^3+のように、電子を３つ放出して３価の陽イオンなるためのエネルギーはどうなるの？　この定義からでは分からないのでは？」
・・・となりませんか？

これを解決するのが「イオン化エネルギーの種類」の存在です。

高校化学で言う「電子一個を取り一価の陽イオンにするために必要なエネルギー 」というのは、イオン化エネルギーの一つである「第一イオン化エネルギー」といいます。
正確な定義でいうと、「気体状の原子から電子１個を取り出して、一価のイオンと自由電子にする反応に要する必要最低限のエネルギー」となります。

ちなみに、一価の陽イオンからさらに電子を取り出して２価の陽イオンにするときに必要なエネルギーを「第二イオン化エネルギー」、３価の場合は「第三イオン化エネルギー」といいます。

例えば、Alが一価の陽イオンになったと仮定し、それに必要なエネルギーをE1、電子をeで表すとき、
Al → Al・・・（１）
となります。

そして、（１）が二価の陽イオンになったとき、必要なエネルギーをE2と表すとき、
Al^+ ＋ e ＋ E1 → Al^2+ ＋ 2e ＋ E1 ＋ E2
となり、コレが、三価の陽イオンになったとき、必要なエネルギーをE3とおくと、
Al^2+ ＋ 2e ＋ E1 ＋ E2 → Al^3+ ＋ 3e ＋ E1 ＋ E2 ＋ E3
となります。

つまり、AlがAl^3+になるとき、
Al → Al^3+ ＋ 3e ＋ E1 ＋ E2 ＋ E3
・・・ですね。
恐らくshu84さんの理解では、
Al → Al^3+ ＋ 3e ＋ E1
だったのではないでしょうか？
この部分が矛盾していましたね。

＞H^+よりもAl^3+という概念でいいのでしょうか？

ちなみに、H^+の第一イオン化エネルギーをEとしたとき、
E>E1
となりますが、状況によっては
E<E1+E2+E3
かもしれません（正確な数値はわからないので）。

私の参考書には、電気親和力についてはあまり詳しく書いていないのでうかつなことは言えませんが、定義の方には「一価の」という記述があります。
そのため、電気親和力についても同様なことが言えるのではないでしょうか。

中途半端ですみません。

回答No.5

po-net

チョット補足。。。

＞ちょっと難しいかもしれませんが、目安としては「沸点」や「融点」などの固有の物性値が存在するかなどがあげられます。
＞これらは「混合物」の場合、濃度によって変化しますが、「化合物」の場合、（圧力が一定ならば）特定の値があります。

混合物の、沸点・融点の変化は、「沸点上昇」「融点降下（凝固点降下）」というキーワードで調べてみましょう。

補足

ちょっと補足させていただきます。
混合物と化合物の違いはわかりました。
ありがとうございます。
でももうひとつのほうがまだ理解できていません。
理解が誤っているかもしれないのでこの場で質問をしますが
陰性(陽性)の強い原子→-(+)の値っていうのかなそれが
多いってことですよね？H^+よりもAl^3+という概念でいいのでしょうか？
そこが間違っていたら話にならないので・・・
それで理解していますがやっぱりまだわかりません・・・・
どうすれば・・・・

回答No.4

po-net

こんばんは。

＞「化合物と混合物」に付いては基本的にはpo-netさんの解説と一緒ですが、＞「塩酸」や「希硫酸」は水溶液ですので、shu84さんも理解しているように混合物です。
＞（po-netさんの書き間違いでしょう）

＞＞塩化水素は化合物ですが、塩酸は厳密に言うと塩化水素と水の化合物。

失礼しました、確かにココは書き間違えです。
危うく間違いを教えるところでした。

私が書きたかったことは、
「塩化水素は化合物ですが、塩酸は厳密に言うと塩化水素と水の混合物」
です。

Zincerさん、ご指摘ありがとうございました。

回答No.3

Zincer

先ずは用語の定義を整理しましょう。
「イオン化エネルギー」は電子一個を取り一価の陽イオンにするために必要なエネルギー
※あくまでも陽イオン（ここが理解できていないかも？）にするために必要なエネルギーですので、このエネルギーが小さいほど楽に陽イオンなる訳ですから、「（相対的に）陽性が強い原子」であることは理解できますね。

「電子親和力」は一個の電子を受け取り一価の陰イオンになるときに放出するエネルギー
※これも同様ですが、「放出するエネルギーが大きい」＝「安定である」と考えると、この（放出する）エネルギーが大きいほど「陰イオンになりやすい」＝「陰性が強い」と考えられます。

と、ここまでは教科書の定義を平たく説明しただけですが、ちょっと気になることが．．．

＞たくさん出せばそれだけマイナスが増える？
この考え方には誤解があります。
「電子親和力」は最初の一個の電子のみに注目した値です。ここにもう一つ電子を入れて２価の陰イオンにするためには、大きなエネルギーが必要になるので、実際には「Ｏ2-」と言うイオンは単体では存在しえません。（他の原子と結合した状態でのみ可能です。例：ＯＨ-　or　ＳＯ4＾2-）

「化合物と混合物」に付いては基本的にはpo-netさんの解説と一緒ですが、「塩酸」や「希硫酸」は水溶液ですので、shu84さんも理解しているように混合物です。
（po-netさんの書き間違いでしょう）
「硫酸銅」も純物質（これ重要！）の状態では「化合物」ですが、水溶液にした状態では「混合物」ですね。
ちょっと難しいかもしれませんが、目安としては「沸点」や「融点」などの固有の物性値が存在するかなどがあげられます。これらは「混合物」の場合、濃度によって変化しますが、「化合物」の場合、（圧力が一定ならば）特定の値があります。

回答No.2

loveobo

イオン化エネルギーと電子親和力（電気親和力は用語として一般的でない）
は、化学を学ぶ人には不親切！と感じます。用語として、方や「エネルギー」
方や「力」ですが、どちらもエネルギーの次元（SI単位ならJ/mol）ですね。
エネルギーの出入りの向きも、方や「必要な」エネルギー、方や「放出する」
エネルギー。混乱してしまいますよね。

厳密さには目をつむって、統一的な説明を試みましょう。
正電荷を持つ原子核と、負電荷を持つ電子は、基本的に引き合います。
だから、陽性元素も陰性元素も、電子を引き剥がすにはエネルギーが必要で、
電子を受取れば安定化してエネルギーが余る（放出する）向きになります。
電子親和力が大きいFやClは電子を受取って安定化する傾向が強いのです。
Naでさえ電子を引き剥がすにはエネルギー喰いますが、必要なエネルギー
（イオン化エネルギー）を簡単に賄えるので、Na+になりやすいのです。

ここまでの説明では、NaがNa-になれば安定化しそうですが、電子授受の
相手は電子を引き剥がされてエネルギーを喰います。相手から奪うエネルギー
が小さくてすむNa+への変化のほうが、トータルで有利なのです。
相手から奪う「イオン化エネルギー」と自身が得する「電子親和力」を
総合的に評価する指標が 「電気陰性度」 です。

高等学校レベルならＯＫと思いつつ、ゴマカシも含むので「自信なし」

回答No.1

po-net

＞まず、題名のとおり化合物と混合物の違い。

混合物とは「混ざったもの」。
砂糖と塩を同じ瓶の中に入れてよく混ぜた状態と同じですね。
つまり、砂糖と塩を混ぜていても、実際、それぞれは変わっているかというと、・・・変わっていませんね。
砂糖は砂糖のまま、塩は塩のまま単体で存在しています。

化合物とは、「くっついて違う物質になったもの」。
例えば、二つの水素分子と一つの酸素分子で水分子が二つできますね。
では、水になったとき、水素と酸素はそれぞれ酸素分子・水素分子として残っていますか？
残っていませんね？
このように、複数の物質がくっついたことで違う物質になったとき、この「違う物質」を化合物といいます。

難しいのは、塩酸のようなタイプのもの。
塩化水素って知っていますか？
あれは塩酸と同じHClです。
塩化水素が水に溶けた状態、つまり、塩化水素水溶液が塩酸です。
塩化水素は化合物ですが、塩酸は厳密に言うと塩化水素と水の化合物。
ですから、このような状態は状況に応じて考える必要が出てきます。
気をつけましょう。

＞次に第一イオン化エネルギーと電気親和力。
＞陽性の強い原子→イオン化エネルギーが小さい
＞陰性の強い原子→電気親和力が大きい

その参考書、ずいぶんと漠然とした定義ですね。
コレでは私も分かりませんでしたよ。

＞イオン化エネルギーは電子一個を取り一価の陽イオンにするために必要なエネルギー

あるものが、違う状態に変わるとき、必ず何らかのエネルギーが必要になります。

コレは机の上に羽とブロックを置いて、机の上から持ち上げるにはどちらの方が力が必要ですか？
・・・コレと同じ考え方です。
イオン化エネルギーの小さいものとは、羽のように簡単に机から持ち上げられるようなものをさし、イオン化エネルギーの大きいものとは、ブロックのように机から持ち上げるのに力がいるものをさします。
つまり、その物質から持ち上げる電子が羽（小さい）であるかブロック（大きい）であるかという指針がイオン化エネルギーというわけです。

＞電気親和力は一個の電子を受け取り一価の陰イオンになるときに放出するエネルギー。

では、電気親和力とは？
上の定義で考えるよりも、電子をひきつける力が電気親和力と考えた方が分かりやすいかも。
イオン化エネルギーの全く逆の考えでＯＫです。
つまり、机の上で羽とブロックを持っていたとき、どちらの方が重いか（机に引きつけられているように感じるか）という考えです。
当然、羽よりもブロックの方が机の方に向かって強くひきつけられているように感じますね？
このように、ある物質にとっての電子が、羽（弱い、小さい）であるかブロック（強い、大きい）であるかという指針を電気親和力といいます。

だから、イオン化エネルギーが小さいものは簡単に陽イオン化し、電気親和力が大きいものは簡単に陰イオン化するんですよ。
ご理解いただけましたか？