イオン結合性物質の水溶性

質問

最近市の図書館で「高校化学とっておき勉強法」というブルーバックスを借りて　10年以上前にこんな難しいこと勉強したっけ?と思いながら読んでいます。そのなかで「イオン結合性が強すぎると水に溶けない（CaF2は溶けないけどCaCl2は溶けるなど）」というようなことがあって　なんとなくわからない感じです。共有結合の物質が水に溶けにくくイオン性になると溶けやすいというのはわかるんですが、ここ数日??なので　どなたか教えていただけませんか?

回答No.3

rei00 · ベストアンサー

「高校化学とっておき勉強法」（良い本だと思います）の「第3章　水はいつでも溶媒か」の「3.3　似たもの同士は」の所ですね。以前に類似質問に回答した事がありますので，そちらも御参照いただくとして簡単に回答しておきます。

　まず，「イオンが水に溶ける」とはどういった事かお解りでしょうか？　既に回答がある様に，イオン対を構成する「陽イオンと陰イオンの間のクーロン力による結合」に「イオンと水分子間のクーロン力による結合」が打ち勝つ事で，「イオン間の結合を切って水和したイオンが水中に分離した状態になる事」です。

　ですので，理論的な事は別として，イオンが溶けるか溶けないかの基本原理は簡単な事です。要は「イオン間の結合」と「イオンと水との結合」のどちらが強いかです。「イオン間の結合」が強ければ溶けませんし，「イオンと水との結合」が強ければ溶けます。

　つまり，イオン間の結合が弱い場合は容易に結合が切れ，水に溶け易くなります。イオン間の結合が強いと水和では結合が切れなくなって溶け難くなります。また，水と強い結合を作る粒子ほど引き剥がす力が強くなるために溶け易くなります。簡単に纏めると次の様になります。

　共有結合性が強い（イオン結合性が弱い）⇒ イオンと水との結合（イオン性の結合）が弱い ⇒ 水和ではイオン間の結合が切れない ⇒ 水に溶けない

　共有結合性（イオン結合性）が中間 ⇒ イオン間の結合が水との結合と同程度 ⇒ 水和でイオン間の結合が切れる ⇒ 水に溶ける

　イオン結合性が強い（共有結合性が弱い）⇒ イオン間の結合が水との結合よりも強い ⇒ 水和ではイオン間の結合が切れない ⇒ 水に溶けない

【類似質問】
　・http://odn.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=224765
　　QNo.224765　塩が沈殿するかしないか？

　・http://odn.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=279975
　　QNo.279975　イオン結合と溶媒和

参考URL：

http://odn.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=224765, http://odn.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=279975

お礼

丁寧な説明　ありがとうございました。わかってきた気がします。最近忙しくて御礼が遅れてしまいすみませんでした。

回答No.2

easylife

高校の化学と銘打っていても、実際にこんな話を高校生にしたら、誰も理解できそうにないですね^^;
大学生以上向けですね。

私もno.1さんのおっしゃることに同意します。
「イオン結合性」について補足させていただきます。

イオン結合性は、二つの原子核の間で共有している電子が、どちらの原子核の近くにあるか？を表していると考えることができます（古典力学的な考えですが）。
H2のH-H結合は、二つの原子核が完全に等価なので完全な共有結合です。
この電子をどちらかに偏らせると、だんだんイオン結合的に（イオン結合性が強く）なってきます。
イオン結合性が強いということは、極端に電子が偏っているということを示しています。

この電子の偏りは、それぞれの原子がどれだけ電子を引き寄せやすいか、つまり電子親和力の大きさに関っています。
この電子親和力という量は、no.1さんのご説明の中に出てきたイオン半径という概念と関係があります。

お礼

ありがとうございました。本には意欲的な中学生にも・・・とあったのですが　うーん　私には難しいところが多々ありました。

回答No.1

noname#6200

高校の時使ってた本が無いのでうる覚えですが回答させて頂きます。

前提として物理的に＋と-があるとくっつこうとするのでこれらを離そうとするにはエネルギーがいります。
逆に言うと近づくとエネルギーを出します。
これらのエネルギーは+と-の距離をrとすると1/rに比例します。

まず、水は共有結合ですが酸素原子と水素原子に電子を引きつける力に差があるため酸素原子が少し陰性で水素原子が陽性になってます。
水にイオン結合性物質が溶けるてる状態というのは陰イオンに上で述べた陽性の水素原子を向けて水が取り囲んでいます。
また、陽イオンには逆に陰性の酸素原子を向けて取り囲んでいます。
この状態になることを水和するといって+と-が近づくのでエネルギーを生み出す変化です。
イオン結合性物質が結晶から個々のイオンに引き離すのに必要なエネルギーを格子エネルギーといいます。
もちろんこれはイオン結合性が強すぎると大きくなります。

用語の準備ができたので本題に入りますとイオン結合性物質の結晶が水に溶けるためには単純には言えない気もしますが
水和で出るエネルギー＞格子エネルギー
である程起こりやすいと言えます。
なぜ同じ一価の陰イオンと同一の二価の陽イオンなのに差が出るかと言いますと全てはClとFのイオン半径に起因します。
Cl-よりもF-は小さい半径のため結晶中でCa2-により近づくのでこれをバラバラに引き離すためにはより多くエネルギーがいります。
これはCl-,F-に水和する水についても言えますがその距離が比較的長いことと(長いと言うことはエネルギー変化が小さい)たくさんで取り囲むためCl-に比べF-のまわりに来れる水分子の数が少なくなるので格子エネルギーに比べてあまり増加しません。
だからCaF2は溶けないけどCaCl2は溶けるんだとおもいます。

お礼

わかりやすいご説明ありがとうございました。少し忙しくてお礼が遅くなってしまい済みませんでした