イオン、酸化数、分子式の関係について

質問

高校化学のイオン、酸化数、分子式の関係について質問があります。

分子式は、陽イオン陰イオンを組み合わせると、言う考え方で良いのでしょうか？
例として、
H2Oは2H^+とO^2-
Fe2O3はFe^3+とO^2-

CO2はC^4+と2O^2-
CH4はH^+とC^4-
Cは、最外殻電子が4なので4e^-を出す事も受け取る事もある？

ここまでは、順調ですが
SO2の場合「S^2-と2O^2-で、SO2^6-なのでは」と思っています。
ここまでの考え方が合ってていてSO2などが特殊なのか、もしくは、この考え方が間違えているのかどちらでしょうか？

イオンについてもSO4^2-は、上記の考え方を捨ててもSO2にO^2-が入ったのでSO4^4-なのでは？　2-ならSO3^2-ではおかしいのでは？

そして、酸化数ですが、酸化数はイオンの何価陽or陰イオンとは、違うのでょうか。
化合物内の「水素は+1、酸素は-2」ずばりイオンと同じです。
水素も酸素も無い場合、
例えばMgCl2はClを-1でMgは+2です。
Al(OH)3はOHを-1でAlは+3
全て合ってるはずなのですが考え方は正しいのでしょうか？

長く読みにくい文で申し訳ないです。
宜しくお願いします。

回答No.3

htms42 · ベストアンサー

Ｆｅ２Ｏ３，ＭｇＣｌ２、Ａｌ（ＯＨ）３は全てイオン結合で出来た物質です。イオンの価数は酸化数から決まるのではありません。Ｏ^(２－)、Ｍｇ^(２＋)、Ｃｌ^(－)、Ａｌ^(３＋)、ＯＨ^(－)の価数は全て電子配置から導かれるというのを授業でやられたはずです。単原子イオンの酸化数はイオンの価数に一致するように後から決められたのです。単原子イオンの場合、電子の移動がそのまま価数の変化として現れますので理解しやすいです。
Ｍｇ→Ｍｇ^(２＋)＋２ｅ^(－)

イオン性物質の中では成分元素はイオンとして存在しています。ＭｇＣｌ２の中ではマグネシウムも塩素もイオンです。結合してイオンでなくなりＭｇＣｌ２という分子になるのではありません。

Ｈ２Ｏ，ＣＯ２，ＣＨ４のような共有結合で出来た分子の中にはイオンは存在しません。電子の共有で原子と原子が結びついています。授業で習われたと思いますが両方の原子から電子を出し合って共有するということで成り立つ結合です。
もしＨ２ＯをＨ^(＋)とＯ^(２－)のイオン結合と同じと考えれば過酸化水素Ｈ２Ｏ２を作ることは出来なくなります。ＣＨ４をＣ^(４－)とＨ^(＋)のイオン結合と同じと考えるのであれば他の多くの炭化水素Ｃ２Ｈ６，Ｃ３Ｈ８，・・・を作ることも出来なくなります。
ＳＯ２　でもＳＯ４^(２－)でもＳとＯの結合はイオン的ではありません。電子の共有です。（配位結合を考える場合もあります。これは共有結合の一種です。８電子則でない場合もあるでしょう。それでも電子の共有です。）

酸化数は原子価ではありません。酸化数を手がかりにして分子の結合を考えることは出来ません。

「共有結合で出来た分子（多原子イオン）があるものとして」、形式的に単原子イオンの時と同じ考え方を当てはめたものです。酸化・還元の判断のためだけに用いる目的で便宜的に決めた数字です。（結合の判断には使うことができません。）

だから酸化数の決め方の規則も酸素、水素から始めるのではなく、「単体の酸化数＝０」、「単原子イオンの酸化数はイオンの化数に等しい」から始めるのがいいのです。そのあとイオンではないものに対してはどうしたらいいかという規則が続くのです。その時に水素と酸素の酸化数を決めておくのです。（よく規則の例外として出てくるＨ２Ｏ２の中の酸素の酸化数＝－１は内部に同じ元素の原子の結合－Ｏ－Ｏ－があるのですから単体と同じ扱いをするということで理解できることです。）

酸化剤、還元剤のイオン反応式の作り方が教科書には載っていると思います。酸化数の変化に見合った電子の移動が起こるという表現がいきなり出ている場合があります。でもこの式は酸化数を前提にしなくても作ることが出来るものです。「電荷の保存」というもっと根拠のハッキリした原理を使えばでてきます。

酸化数を前提にしていない表現と酸化数を前提にして作った表現が同じものになるということが酸化数という考え方を使ってかまわないという裏づけになっているのでしょう。

イオンではないものに形式的にイオンと同じような考え方を当てはめているというのは誤解を招くものです。これは酸化数を用いるということによる弊害です。化学結合の考え方がむちゃくちゃになります。専門家は「イオンであるとは言っていない、形式電荷であると言っている」と言うでしょう。でも混乱は必ず起こります。

※「イオンではないものにイオンと同じ考え方を形式的に当てはめている」ということについて

　電子の共有が起こっても対等であるとは限りません。同じ元素の原子であれば対等です。５０：５０です。原子の種類が違えば大きさも電気陰性度も異なります。５５：４５か６０：４０か分かりませんが対等な共有から少しずれるでしょう。これを少しでもずれたら１００：０と同等として扱いましょうというのが酸化数です。単体の酸化数が０というのもこのことから来ています。５０：５０は単体の時だけです。

お礼

大変詳しくありがとうございました。

イオンで考えて良いのは、イオン結合の時だけで、共有結合の時は電子で考えるんですね。

回答No.2

Tacosan

1点だけ:
「2個の Fe(III) と 3個の O(-II) からなる明確な単位」は存在しません. つまり「酸化鉄(III) は分子ではない」ですし従って「Fe2O3 は分子式ではない」ということになります.

お礼

間違えた所に指摘ありがとうございした。

回答No.1

z8p1050

イオンで全てが片付くわけではありませんが、この場合はイオンでも考えられるかと思います。

そもそも酸化数がひとつではない原子も多数存在することをご存知でしょうか？
おそらく学校で使っている図表などにも載っていると思います。

酸化数とイオンは同じ値です。

イオンで考えるのが難しくなってきたら、電子配置図で考えるとすっきりいくこともありますよ。

お礼

返信ありがとうございます。

酸化数がひとつでは無いと言う事は、時と場合により変わると言う事でしょうか。