Cu2+、Co3＋のできる理由とその電子配置について

質問

Cu2+、Co3＋のできる理由とその電子配置について

　いつも大変お世話になっております。
CuとCuの電子配置は、
　Cu：[Ar].3d10.4s1
　Co：[Ar].3d7.4s2
となっており、そのことからイオンになるとCu1+、Co2+となるのは
納得できるのですが、Cu2+、Co3＋にもなれるのはどのような考え方から
なのでしょうか。
　よろしくお願いします。

回答No.1

101325 · ベストアンサー

> イオンになるとCu1+、Co2+となるのは納得できる

それで納得するのは よくないんじゃないかな、と私は思います。

同じ考え方でクロムとスカンジウムについて考えてみると、
CrとScの電子配置は、
　Cr：[Ar]3d5 4s1
　Sc：[Ar]3d1 4s2
なので、イオンになるとCr1+、Sc2+となりそうな気がします。ですけど、これらのイオンは化学的に極めて不安定で、Cr1+やSc2+は化合物や水溶液の中にはありません。

> Cu2+、Co3＋にもなれるのはどのような考え方からなのでしょうか。

ごめんなさい。私には分かりません。以下はヒントになりそうなことを。

Co3+イオンの安定性については、結晶場理論（または配位子場理論）で説明することが一応できます。結晶場理論（または配位子場理論）から、遷移金属イオンの周りに陰イオンまたは配位子が６個あるとき、遷移金属元素のd軌道が２組に分裂することが知られています。エネルギーが低いほうのd軌道（これをdε軌道またはt2g軌道と呼びます）には最大６個の電子を、高いほうの軌道（これをdγ軌道またはeg軌道と呼びます）には最大４個の電子を収容することができます。ですので、ｄ電子が６個あるCo3+イオンはdε軌道が閉殻になるので安定である、ということができます。

しかし、同じ考え方で電子が６個あるFe2+イオンについて考えてみると、話はそんなに単純ではないことが分かります。ヘキサアクア鉄(II)イオン[Fe(H2O)6]2+のような、ふつうのFe2+イオンでは、dε軌道に６個の電子を収容した閉殻電子配置ではなく、dε軌道に４個、dγ軌道に２個の電子が入っている電子配置になります。一方、ヘキサシアノ鉄(II)酸イオン[Fe(CN)6]4-では、dε軌道に６個、dγ軌道に０個の閉殻電子配置になります。また、コバルトでも、ヘキサフルオロコバルト(III)酸イオン[CoF6]3-のような（若干特殊な）例では、dε軌道に４個、dγ軌道に２個の電子配置になります。

なぜ、このような面倒な話になるかというと、dε軌道とdγ軌道のエネルギー差が３ｄ遷移金属ではそれほど大きくなく、金属イオンの電荷や陰イオンや配位子の種類によって変わるからです。それでも、ふつうに見られるCo3+イオンでは、dε軌道とdγ軌道のエネルギー差が他の３ｄ遷移金属イオンと比べると大きく、閉殻電子配置をとることが多いので、Co3+イオンの安定性については、結晶場理論（または配位子場理論）で説明されることが多いです。

Cu2+イオンの安定性を電子配置から説明するのは、簡単ではないと思います。というのは、同じ電子配置を持つ同族元素の銀ではAg2+イオンはまれにしか見出されず、金ではAu2+イオンは極めてまれにしか見出されないからです。何の答えにもなっていませんが、いくつかの要因の絡み合った結果として、Cu2+イオンがありふれたイオンになっているのでしょう。

お礼

101325さん

ご回答ありがとうございました。
大変参考になりました。