【高校化学】単体と元素の違い・イオン化エネルギー・電子親和力を簡単に解説!高校化学選択をしている受験生や高校生は必見!

理論化学の解説(単体と元素の違い・イオン化エネルギー・電子親和力)

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化学科を卒業して予備校講師(模擬試験作成)をしていた予備校講師の休日です。化学を放置すると忘れていくので、備忘録代わりに受験生にも役立つ高校化学の情報をまとめておこうと思い、この記事を作成しました!できれば、勉強法のTwitter(こっちがメイン)もフォローしてもらえると嬉しい^^勉強関連やTOEIC関連でこうやったら勉強できるなど気づいたことをどんどんツイートしていますので!化学関連の解説記事一覧はコチラから。

単体と元素の違い

Twitterの原文ママ

単体ってのは1種類の元素でできているもの。元素は成分。だから、Caたっぷりの牛乳っていうところのCaはまさかCa金属が入ってるわけじゃなくカゼインというタンパク質の中心金属がCaなだけなので成分。その元素だけかある化合物中なのかが見分けるポイントだよ!https://bit.ly/2H1WnXc

カルシウムは歯につまらない話

解説コメント

ああああああああああああああああ!!!!

どうしたん?

単体と元素の違いがマジでわからん。誰かを殴りたい。

いてっ。

単体っていうのは1種類の元素でできている物質のことだよ。元素っていうのは、成分のこと。詳しく解説していくね。

いてっ。

単体と元素の違いって何なん?

一言で説明すると、単体は1種類でできた物質。元素は成分(ある化合物にその物質が含まれているという意味。)

つまり、『水素ガス』と言われたら、H2を思い浮かべるでしょ?H2は1種類でできた物質だから、この『水素』という言葉は単体の意味。

気球の中の『水素』は単体。いわゆるH2だからね。ちなみに気球船などにはHeが使われてる。

『水は水素と酸素からできている。』の水素はどうだろうか?H2Oという化合物に『H』という原子が含まれているという話をしているね。あるH2Oという化合物にH2という物質が含まれているということなので、元素。

では、『カルシウムたっぷりの牛乳』という文章の『Ca』は単体?それとも元素?

カルシウムっていう1種類の物質でできているんじゃなくて、タンパク質の中にカルシウム成分が配合!って感じだから、元素!!!

おぉ!!そうそう!飲み込みが早い!牛乳飲んでカルシウム金属が歯に詰まったとかっていうニュース聞かないでしょ。カルシウム金属のカルシウムは単体というわけだ。カルシウム成分配合というのは、でっかい分子であるタンパク質という化合物の一部にカルシウム原子が使われているよ。という意味やからね。だから、成分のことを表しているので、元素となる。

成分を表していると元素になるんやね。そういえば先生はTwitterやってないの?

Twitterやってるよ!勉強法とか、今取り組んでることで苦しんでいる様子がアップされているよ。よかったらフォローしてよ^^

単体は『1種類』で、元素は『化合物中に存在する』っていうのがポイントです。カルシウムたっぷりの牛乳というところのカルシウムは銀色のカルシウム金属が牛乳に入ってるわけじゃないでしょ?

牛乳飲んでカルシウム金属が歯につまることもないでしょ?カゼインというタンパク質(化合物)中に存在するカルシウムという意味なので、ここでいうカルシウムは元素。『地殻中には酸素がたくさん存在する。』という文章での酸素も元素です。様々な金属酸化物が地中には存在します。アルミの酸化物Al2O3とかケイ素の酸化物SiO2とかね。こういう化合物中に酸素が存在するという意味なのでここでの酸素は元素の意味で使われる。『水素と酸素を反応させると水ができる。』という文章での酸素は単体だね。いわゆるO2だもんね。

牛乳に含まれる『カルシウム』という文章のカルシウムは成分の意味。だから元素。

その言葉が『全体』を指していれば単体で、『部分』を指していれば元素だと思えばいいよ。

「赤リンも黄リンも『リン』からできている。」の『リン』は、赤リンPnや黄リンP4の部分である、ある1つの原子Pを指しているから、元素ってことだ。

イオン化エネルギー

Twitterの原文ママ

イオン化エネルギーとはある原子から1個電子を取り去るのに必要なエネルギーのこと。+の原子核の周りをうろちょろしてるーの電子を引き離すわけだからクーロン力に対して斥力を働かせる必要があるわけ。希ガスは閉殻構造で安定だからイオン化E最大はHeだね!https://bit.ly/2H1WnXc

希ガスはやだよ電子を剥がされるの。

解説コメント

イオン化エネルギーってマジ何なの?わけわからん。

簡単!簡単!ゆっくりいくから、ついてきてな!イオン化エネルギーってのは、原子から電子を1つ取り出すのに必要なエネルギーのこと。例えばナトリウムNaっていう原子があるやろ。で、Na原子の電子殻に電子が存在して、電子殻上を動き回ってるわな。この電子は、原子核中に存在する陽子に引っ張られてるわな。

そうやけど。それがどうしたん?

陽子と電子で引力(クーロン力)が働いてるわけや。これを有田ちゃんが電子を掴んで引き剥がそうとするとどうなる?

そりゃあ、引力に反発するように引き剥がそうとすんねんから、大変やろうなあ。

そうそう、その感じ!その『電子を引き剥がそうとする大変さ』つまり、電子をNa原子から引き剥がして、Na+とeにするために必要なエネルギーのことをイオン化エネルギーっていうんや。もうちょい詳しく解説していくで!

イオン化エネルギーって何なん?

イオン化エネルギーは原子から1個電子を取り去るのに必要なエネルギーだ。そもそも何で電子を取り去るのにエネルギーが必要かというと、これは単純な話で+の電荷を帯びた陽子が存在する原子核の周りを、−の電子が飛び回ってるわけ。引き離すためにはこの+と−で引かれている引力に逆らう力で引っ張ってやらないといけない。

公園が大好きな少年に、「もう帰るよ!」って言って「帰りたくない!!!」と泣き叫んでいる少年を公園から引き剥がすためにめちゃくちゃエネルギーがいるでしょ。これがイオン化エネルギー。

泣いている赤ちゃん。

え?違う笑?まあでもそんなイメージ。

イオン化エネルギー最大はどの原子?

大前提として原子状態で閉殻構造を取ってる希ガス(He, Ne, Ar, Kr)は、すでに安定な構造を取っているので、この状態を壊してイオン化させる(つまり、HeであればHe+にするということ。)のはめちゃくちゃ大変。ということは、希ガスのイオン化エネルギーはめちゃくちゃ高いということはわかる。

そして、ヘリウムHeは最外殻電子はK殻に存在する。原子核からの距離がめっちゃ近いわな。だからクーロン力(陽子(+)と電子(−)が引き合う静電気力)も強い。引き剥がすのが大変だね。

ヘリウムガスが入った風船。空気より軽くて浮いてしまう。

つまり、閉殻構造が壊れちゃう希ガスの中でもHeがイオン化エネルギー最大なわけ。2番目はNeだね。3番目はArというわけ。(この順位は上で説明した通り、最外殻電子と原子核の距離間の遠近の差による。つまり、距離が近いほどクーロン力が大きいので、イオン化エネルギーは高くなる。)

逆に、イオン化エネルギーが最小なのはLiなわけ。簡単にポイッて電子を捨ててLi+になると、Heと同じ閉殻構造をとれるからね。ちなみに、原子から1個電子を取り去るのに必要なエネルギーのことを第一イオン化エネルギー、1価の陽イオンから、もう1個電子を取り去るのに必要なエネルギーのことを第二イオン化エネルギーというよ。一般にイオン化エネルギーと言われたら、第一イオン化エネルギーのことを指しますぜ。

イオン化エネルギーが何を指すのかの注意点!

Heのイオン化エネルギーと言われたら、HeがHe+とeになるために必要なエネルギーなので、HeとHe+との比較ではないよ!この辺勘違いしやすいので要注意!!!エネルギー図を用いて説明するとわかりやすいんだけど、(時間があればまた図を挿入します。)

He+Q〔kJ〕=He++e

やからね!この Q 〔kJ〕こそが、イオン化エネルギーね。あくまで、He と He++e の差がイオン化エネルギーに値するので!

【まとめ】イオン化エネルギー:原子から電子を1つ剥がすために必要なエネルギー

電子親和力

Twitterの原文ママ

電子親和力は原子が電子を1個受け取って陰イオンになったときにホッとして放出するエネルギー。Cl原子だと、電子1個受け取るとCl-になってArと同じ閉殻構造になる。Cl原子は電子1個欲しくてたまらない。受け取った瞬間ホッとなって多量のエネルギーを放出これが電子親和力。https://bit.ly/2H1WnXc

希ガス様になりたい原子たち

解説コメント

さて、電子親和力。これで最後だ。今まで電気陰性度、イオン化エネルギー色々やってきたけど、ごちゃ混ぜになってないかい?

やべぇ。

ごちゃ混ぜになってるんだったらもう一回読んでおいてくれよ。今回は電子親和力。これまた『電子欲しい度』みたいな話なんだけど、電子親和力は、「電子を1つ受け取ったときに放出するエネルギー」のことを指す。

全然わからん。

例えばさ。フッ素原子Fってあるでしょ。フッ素原子はあと1個電子をどこからか奪い取ってこれたら、Fになる。FはNeと同じ電子配置になるわな。Neは希ガスでめちゃくちゃ安定な閉殻構造でしょ?

FがF-になれば閉殻構造になって安定化するってこと?

そうそう。そういうこと。Fが電子をもらって、Fになると閉殻構造になり、安定化する。安定化するということはエネルギーを外部に放出するわな。この放出するエネルギーを電子親和力っていうんや。

なるほど。つまり、(Fがもつエネルギー)+(電子eがもつエネルギー)−(Fがもつエネルギー)が電子親和力ってことでおk?

おkおk

えじゃあさ。電子親和力が大きいってことはそれだけ「電子欲しい願望が強い。」って言っていいわけだ?

おkおk

ハロゲンはあと1個電子をもらえば希ガスと同じ電子配置になるから…。ハロゲンはきっと電子親和力大きいんだろうね!

電子親和力って何なん?

電子親和力はTwitterでも書いた通り、原子が電子を1個もらったときに安定化して放出するエネルギーのこと。Cl原子ははっきりいって不安定なわけ。「おれもArさんみたいに閉殻構造取りてぇよ!ばかやろう!」って言ってる。

イライラしているフッ素原子の様子。

そこにふら〜っと電子が現れると、Cl原子は「電子ゲット!Arさんと同じ閉殻構造になれる!!!超安定!大企業マンセー!」みたいな感じになる。そして、安定化するときにエネルギーを放出する。

電子を受け取ったあとのフッ素原子の様子。

(Cl原子がもつエネルギー)+(電子1個がもつエネルギー)よりも、くっついた(Clがもつエネルギー)の方が小さいというわけ。差し引き分だけ外部にエネルギーを放出する。これが電子親和力。ちなみに電子親和力はハロゲンがでかいわな。あと1個で希ガス様と同じ閉殻構造を取れるわけだから。

電子親和力最大の原子って何なん?

電子親和力は一般に希ガスを除いて右上にいけばいくほど大きくなる。じゃあ、Fが最大かって?Fが最大ではない。実はClが電子親和力最大。

これはちょっと込み入った話だけど、F原子の最外殻はL殻であるのに対し、Cl原子の最外殻はM殻なわけだ。無論、L殻の方がM殻より内側だから、L殻の方がM殻より小さい。ゆえに、F原子の最外殻電子 7 つは、込み入ったL殻に入っている。一方、Cl原子はゆるゆるのM殻に最外殻電子 7 つが入っている。

どちらに新たな電子が入りやすいかを考えれば、『−』の電荷をもつ電子同士の反発が少ないCl原子に新たな電子が入りやすい。Fに入ってFになると電子反発が大きくなる(L殻が小さいから)。だから電子親和力の最大はFではなくClとなる。まあおまけな話。

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ABOUTこの記事をかいた人

ニシジマ

ゆとり世代ど真ん中に爆誕。円周率は3だと信じて疑わない。大学卒業後,予備校で勤務しており,化学を担当。主な業務は,模擬試験作成と入試解説の執筆。大学時代の専攻は物理化学であるが,難解すぎて意味があまりわからない。