イオン

中学校の理科の授業で、イオンを習いました。
大体分かって。疑問が一つできました。
酸素原子は電子を2つもらえば安定しますよね。
でも、水素原子は電子をとられても、電子を1つもってきても安定することになります。
しかし先生が「電子をもってくることはまずない」
と言われたので、
詳しく教えてください。

No.5 ベストアンサー 回答者： HIMADESU 回答日時： 2001/05/17 00:23

　中学生なので、出来るだけ簡単に答えます。

これは好き嫌いの問題だと考えてください。水素は、基本的には電子が嫌いなんです。出来れば電子を人にあげたいんです。どうしてって言われても、嫌いなものは嫌いなんです。水素が生まれた時からの性質なんです。そう考えてください。
　君が考えたように、水素原子は電子を一つ持ってきても安定します。しかしそれは水素原子に比べてのことです。水素原子というのは、水素分子が電子を一個ずつ持って分かれたもので、別名水素ラジカルと言われ、とても不安定です。これに比べれば電子を一つ持ってきた水素原子（水素化物イオンといいます）は、まだ安定です。しかし、嫌いなものを２つも持っているのですから、余り我慢が出来ません。電子の好きな相手がいれば、すぐにでも渡してしまいます。
　この問題は、大学で化学や物理を専攻する人が習う量子化学（または量子力学）で難しい数学の式を解かなければ、納得のいかない問題です。それでも何故というところまでは答えられないかもしれません。結局は、生まれた時から水素は電子が嫌いだったんだという結論かもしれません。化学というのは、色々な元素の性質を覚える必要があります。ちょうど君がこれから、色々な友達や先輩・後輩達、先生達と付き合っていくようにです。化学は、残念ながら、それぞれの元素の何故をすべては答えられません。だから、水素は普通電子を１個失ってイオンとして安定化すると覚えてください。

No.4 回答者： o0o 回答日時： 2001/05/16 23:33

原子は、原子として存在する場合と、

複数の原子が電子を分け合って、分子として存在する２つの場合があります。

原子と分子、それぞれについてどのような状態が安定なのかを考えるとわかりやすいと思います(詳しくは大学で習います)。

原子は中性の状態が安定です。
すなわち、
水素原子は電子を１つ持つ状態、
酸素原子は電子を６つ持つ状態です。

では分子はどういう状態が安定なのか？
それは、分子を作る各原子が電子を２個もしくは８個持つ場合です。

空気中に存在する酸素は原子が２つペアになって酸素分子として存在しています。
酸素分子のうち、片方の酸素原子について見ると

一つの酸素原子は ４つの電子を自分自身で持ち ２つの電子をもうひとつの酸素原子と分け合っています。

： を２個の電子
Ｏ を酸素原子とすると
酸素分子は下図のような状態で存在しています。

：：Ｏ：：Ｏ：：
ーーー

３つの線で示したところが分子の中の一つの原子の範囲です。
原子が分子を作る場合、原子は、
原子そのもの と
分子の中の原子 の２つの顔を持つようになるのです。
反対側の原子も同様です。
ひとつの原子としては電子を６つしか持っていない(電気的に中性)のに、
分子のなかではそれぞれの原子が２つの電子を分け合うことによって、
８個の電子を持つことになるので、分子としても安定です。


水素原子の方ですが、水素原子はひとつの電子しか持っていません。

水素分子も水素原子が２つペアとなった状態で安定に存在しますが、
この場合は水素分子を構成する原子はそれぞれ電子を出して分け合っています。

Ｈ を水素原子として上のように水素分子を書くと、

Ｈ：Ｈ

水素原子１個あたりの電子は１個で原子として安定で、
分子の中の原子としても、各水素原子は電子を分け合って２個の電子を持つので、
分子として安定に存在します。

質問は、
「なぜ、水素が電子をもらってきて Ｈ：のマイナスイオンの状態で存在することはないのか」

水素は原子として、１つの電子を持つ状態が安定で、２つ持つと不安定になってしまうからです。

では、水素原子がひとつの電子を持った状態で水素原子として存在することはあるか？というと、これもありません。

これは、水素原子として存在するよりも、水素分子として存在する方が安定だからです。

No.3 回答者： gengoro8 回答日時： 2001/05/16 22:34

正確には覚えていないのですが・・・。

通常、水素原子のイオン化は水の中で行われ、次のように電離します。
　2H20　→　H30+　＋　OH-　・・・・・・（＊）
つまり、水素イオンは「H+」で存在しているのではなく、「H3O+」として
存在しています。
これは、以下のような理由によります。
(1)原子核の周りに電子が一つもない状態は非常に不安定である
(2)原子は電子殻にある電子の数が2個、4個、8個、16個、、、のときに安定する
つまり、水の中にいる水分子（H2O）が電離するとき、酸素原子の最外殻の電子数を2個、4個、8個のどれかにしようとします。
従って、もし、
2H2O　→　H3O-　＋　OH+　　・・・・・・・（１）
という電離をすると、「H3O+」の酸素原子の最外殻の電子数が6個となってしまいます（水素原子の電子と共有しているため）。
しかしながら、
　2H20　→　H30+　＋　OH-　・・・・・・・（２）
という電離をすると、「H3O-」の酸素原子の最外殻の電子数は4個となり安定します。さらに「OH-」の酸素原子の最外殻の電子数も4個となり安定します。
結果として、H3O-はすぐに壊れ、水の中はほとんど「H3O+」だけになります。

No.2 回答者： kexe 回答日時： 2001/05/16 22:08

ん～何を聞きたいのかがよくわからないのですが

おそらくで答えますね。

>水素原子は電子をとられても、電子を1つもってきても安定することになります。

上の文章はあっています。
ですがちょっとだけ間違ってるといえば間違ってます。
水素原子から電子取っちゃったらどうなりますか？
なーんもなしですよね、こういったことはおきないんです。
電子って言うのは原子と原子の結合に深くかかわってくるものなので
もしひとつもないとなると、、、その原子は結合できなくなっちゃいますね

>しかし先生が「電子をもってくることはまずない」と言われた

おそらく先生は自分から持ってくることはないという意味でおっしゃったのだと
思います。ちょっと難しいかもしれないですが
電子はできるだけ安定した位置に移動するんですよ。
たとえばこーゆーことです。
学校では自分の席というのがありますよね
だから授業中にはそこにいます。
では休み時間になるとどーなります？グループができませんか？
自分の好きな友達とかと一緒にいますよね

ひきつけられるというとわかりやすいかもしれませんね

No.1 回答者： inorganicchemist 回答日時： 2001/05/16 20:37

理論的な数式などよりも感覚としてとらえてほしいのですが、この例でいうと酸素原子が二つの電子をもらってできる酸化物イオンは中心（原子核）に陽子を８個もち、電子を１０個もっていることになります。

これに対して水素原子が一つ電子を受け取ってできるイオン（水素化物イオン）は陽子が１個と電子が２個あることになります。つまり陽子の二倍の量の電子があるのです。（変なたとえかもしれませんが、男の子８人と女の子１０人のグループと男の子１人と女の子２人のグループのようなものです。）このような状態よりは水素原子は電子を一つ放出して陽子一つだけの水素イオンになる傾向が強いのです。以下は余分ですが、水素原子が電子をもらうか、放出するかというのは相手次第なので、場合によっては水素化物イオンとしても存在すると考えられています。例：水素化ナトリウム