電解質とイオンについて教えてください

質問

中学3年の理科で電解質とイオンについて教えてください。
例えば、「塩化ナトリウムは水に溶かすとナトリウムイオンと塩化物イオンに分かれる」とありますが、なぜ単純にNaとClに分かれるのではなくNa+(陽イオン)とCl-(陰イオン)になるのでしょう？
教科書にはその辺の説明がなく、乱暴にこうなりますとしかなく困ってます。
どなたか誰にでもわかるように解説していただけると助かります。
逆に砂糖やエタノールが水に溶かしても電離しない非電解質の方もできればお願いします。
この2つの違いがわかりません。

回答No.1

windwald · ベストアンサー

かなり根源的な質問なのですが、
「原子1個だけ」で安定なものは希ガスの元素以外にはありません。
ですから、むしろNa原子とCl原子に分かれることのほうがむしろ大変なんですね。

ところで、NaClなどはイオン結晶と言いまして(これは高校でやることなんですけども)
溶ける前から既にNa^+とCl^-というイオンになっており、それらイオンが集まってできた結晶です。
水に溶ける、ということはその集まっていたイオンが水のなかに単純にばらばらになっていくことなのです。

ですから、砂糖やエタノールのような「分子」が集まった物質では、
水に溶けると言うことはその分子が水の中にばらばらになっていくだけのことなんです。
厳密には水と「なじむ」ことで、水の中に割って入っていくと考えた方が良いでしょう。

中には、水となじむときにイオンになってなじんだ方がより安定な物質もあります。
たとえば純粋な塩化水素は分子からできる気体ですが、水に溶けると水分子の影響により電離させられてしまいます。

補足

回答ありがとうございます。

＞「原子1個だけ」で安定なものは希ガスの元素以外にはありません。
まずそこからわからないんですが。
例えば身近なもので固体ならFeやCu、気体ならO2なんかもそうなんですか？

＞ですから、むしろNa原子とCl原子に分かれることのほうがむしろ大変なんですね。
分かれる方が大変とは？
NaClで存在する方が安定していると言うことですか？
それが水に入れるだけで分解されるのですか？

＞溶ける前から既にNa^+とCl^-というイオンになっており、それらイオンが集まってできた結晶です。
化合ではなく結合と言う差なのでしょうか？
で、簡単にくっついてるだけ、水に入れるだけでバラバラになってしまうと？

＞水に溶けると言うことはその分子が水の中にばらばらになっていくだけのことなんです。
つまり砂糖(C6H12O6)のまま、水の中でバラバラになってるだけと言うことでしょうか？

何かもっとわかりやすい表現はないでしょうか？
現段階では結局教科書と同じで、「こうしたらこうなる」って言われるだけで、その理屈がわからない状態です。

また、別の疑問なのですが、教科書に「砂糖は水に溶けても電離しないので電流が流れない」とありますが、水に砂糖を入れると絶縁体になるのですか？

回答No.4

windwald

>NaClのイオン結合を引き離すとっかかりが水と言うわけですか？
>それはそれとして、なぜ電子が移動するのかが理解できません。
私が既に#1で示していますが、水が引きはがさずとも食塩結晶中ですでにNaはNa^+になっており、ClはCl^-になっています。
水に溶かしたときにNa^+がわざわざNaになったり、Cl^-がClになったりはしていません。

Na原子はたしかに陽子11個に対して11個の電子を持つ原子ですが、
電子11個という状態は非常に不安定な状態です。
希ガスの電子配置が非常に安定しており、どの原子も希ガスと同じような電子配置をとろうという働きをもちます。
Naは希ガスNeより1個電子が多いだけ、Clは希ガスArより1個電子が少ないだけなので、
NaからClに1個電子が渡された状態が非常に安定します。

この「安定」というのがキーワードです。
より安定な状態で物質は存在しようとします。
なぜNaよりNa^+のほうが安定なのかについては先ほど簡単な説明をしました。

#1へのお礼より
>例えば身近なもので固体ならFeやCu、気体ならO2なんかもそうなんですか？
勿論これらも原子1個で安定しているわけではありません。
まず、酸素O2はO原子2個が共有結合と呼ばれる結合でペアを作って
比較的安定に存在できる「分子」を作ります。
そして鉄Feについては、Fe原子1個が単独で存在しているのではなく、
非常に多数のFe原子がいくつか電子を放出し、放出された電子をFe原子の集合体全体でもちあうという金属結合によってできた結晶を作っています。全ての金属に言える話です。

>つまり砂糖(C6H12O6)のまま、水の中でバラバラになってるだけと言うことでしょうか？
そういうことです。
>水に砂糖を入れると絶縁体になるのですか？
いいえ。水はそもそも絶縁体です。
砂糖を入れたからと言って絶縁体になるわけではありません。
砂糖を入れたところで導電性が上がらないと言うことです。

なぜあなたが「よく分からない」と感じるのか、それは質問自体がかなり根源的なものだからです。

補足

＞Na原子はたしかに陽子11個に対して11個の電子を持つ原子ですが、
＞電子11個という状態は非常に不安定な状態です。
何故陽子が11に対して電子が11と本来バランスが取れていると思われる状態にもかかわらず11個じゃ安定せず10個で安定するんでしょうか？
そもそも10個でも安定していないのでしょうか？

＞より安定な状態で物質は存在しようとします。
それは理解できるのですが、陽子と電子のバランスが崩れた状態で安定する理由がわかりません。

＞なぜあなたが「よく分からない」と感じるのか、それは質問自体がかなり根源的なものだからです。
私もそう思います。
「何故そうなるのか？」と言うことに対しての「理由付け」が欲しいのですが、さらに自分なりに調べたところ、大学レベル以上の勉強ではなく研究レベルをしないと理解に至りそうにありません。
それを中学3年のテストなんかに出すのはかなり乱暴に思えてなりません。
「なんでイオンになるの？」って言われて「なるものはなるんだからそれ以上でもそれ以下でもない」としか答えられません。
どうにかわかりやすく説明する言葉を知りたいです。

新たに生まれた疑問ですが、
水に入れて分離するのはイオン結合しているものだけでしょうか？
つまりイオン結合=電解質と言うことなのでしょうか？
調べれば調べるほど深みにはまってわからなくなってきてます。

回答No.3

htms42

＃１様の説明で良いと思います。
でもちょっとだけ

＞厳密には水と「なじむ」ことで、水の中に割って入っていくと考えた方が良いでしょう。

「水の中に割って入る」ではなくてむしろ、「水が砂糖の分子を砂糖の分子の塊から引きはがして割って入っていく」と考える方がいいのではないでしょうか。食塩のイオンの場合も同じです。
引き離すのにはとっかかりが必要です。それが水の極性です。引き離した後はたくさんある水の分子が間に割り込んでしまいますから元に戻れなくなります。結合の強い物質では間に割り込んでいる水の分子がたくさん必要です。溶解度は元の物質のなかでの結合の強さによって変わってきます。

お礼

すみません、間違って同じ内容を別のところに書いてしまいました。

＞引き離すのにはとっかかりが必要です。それが水の極性です。
NaClのイオン結合を引き離すとっかかりが水と言うわけですか？
それはそれとして、なぜ電子が移動するのかが理解できません。
つまり何故水に入れるとNa+とCl-になるのか？ NaとClに分かれられない理由があるのでしょうか？

補足

＞この電子のせいでＮａでなくＮａ＋になるのです。
それは電子が何らかの影響で減った場合ですよね？
で、
＞この電子の数によって、例えば１個だけフラフラしている電子ならどっかに飛んで行き易いとかになります。
電子の数と原子核内の陽子の数は同じでバランスを取ってる訳ですよね？
で、Naの場合、1個は不安定でフラフラしてると？
ここで生まれる疑問は「なぜ1個なのか？」と言うことと、「なぜフラフラしてるのか？」と言う2点です。

まだまだ理解に至るには遠い感じがします。

回答No.2

GOCHISOUda

乱暴に書いているのではなく、導入部分で塩化ナトリウムを
水に溶かした水溶液は電気を通すとかになっていませんか。
砂糖水は電気を通さないと。
この違いは何ということから、実はイオンなんですよとなっていませんか。

原子とは何かを調べて見れば出てきますが、
電子は原子核の周りを回る軌道があってこれを電子殻というのですが、
この殻に入られる電子の個数は決まっています。
また、入っている電子の数の違いが元素の違いになってきます。
この電子のせいでＮａでなくＮａ＋になるのです。
この電子の数によって、例えば１個だけフラフラしている電子ならどっかに飛んで行き易いとかになります。これが１価の陽イオンです。
逆に電子が沢山あるけれど、まだ１個入る余裕がある場合に１個混ざると１価の陰イオンになります。
３５人のクラスに１人混ざって３６人になっても、気がつかないことってあるでしょ。
ってこんな感じの説明だと今の中３には難しいので省略なのです。
逆に理屈ではなく溶かすとイオンに分かれるという事実を、
溶かしてもイオンにならない物質もある事実を受け入れてねということではないでしょうか。

補足

＞この電子のせいでＮａでなくＮａ＋になるのです。
それは電子が何らかの影響で減った場合ですよね？
で、
＞この電子の数によって、例えば１個だけフラフラしている電子ならどっかに飛んで行き易いとかになります。
電子の数と原子核内の陽子の数は同じでバランスを取ってる訳ですよね？
で、Naの場合、1個は不安定でフラフラしてると？
ここで生まれる疑問は「なぜ1個なのか？」と言うことと、「なぜフラフラしてるのか？」と言う2点です。

まだまだ理解に至るには遠い感じがします。