両性元素の珍しさ、酸と塩基への反応の法則って？

Al,Zn,Sn,Pbは両性元素といって酸とも塩基とも反応してH2を発生するらしいです。

酸とも塩基とも反応するっていうのはそんなに珍しいことなのでしょうか。

そもそも、

１．酸に反応するが塩基に反応しない

２．塩基に反応するが酸に反応しない

３．酸にも塩基にも反応する

４．酸にも塩基にも反応しない

の四通りがあると思うのですが、珍しいのでしょうか。

どうしてこの四通りができるのかも不思議です。酸に反応する、しない、塩基に反応する、しないを決めているのはいったい何でしょうか。何かが決めているはずですが、酸にも塩基にも反応しないPt,Auは濃硫酸と濃硝酸を混合した王水には溶けるんです。法則が見つかりません。混乱します。

ご存知の方いらっしゃいますか。

No.1 ベストアンサー 回答者： Tacosan 回答日時： 2014/05/09 00:29

典型元素でよく出るのはそのくらいかなぁ. 他にも Be とか Ga とかが両性だったはずだし, 遷移元素だと一般的な傾向として酸化数が増えるにつれて酸性が増す (クロム酸とか過マンガン酸は酸性でしょ?) のでむしろ「両性でないものを探す」方が難しかったりする.

で「どうしてなのか」というのは.... いろいろ大変です.

まず, この手の「金属が反応する」ってのは結局「金属が酸化される」って反応になります. んで, 「金属が酸化される」ってことは「別の何かが還元される」必要がある. ということは
特定の条件下で金属と「何か」の間の酸化還元反応が生じるかどうか
を考えなきゃならない. でそれは「還元電位」を見ればそれなりにわかる (Latimer図とか Frost図なんてものを使ってビジュアルに考えるのもよい).

「ふつ～の酸」に解けるというのは「酸の中にある水素イオンとの間で酸化還元反応を生じる」ということだから, いわゆる「イオン化傾向」でだいたいわかる... というか, イオン化傾向の中に非金属のはずの水素があるってのはそれが理由. ただし水素/水素イオンと比較できるためには酸性じゃないとおかしいので, イオン化傾向を見ても「塩基に反応するかどうか」はわからなかったりする.

金や白金が王水に解けるという現象は, 「解ける」というところだけ見ると「アルミニウムが塩酸に解ける」のと同じだけど実際に起きている反応は全く違います.

この回答への補足

「両性物質」という用語があるようで(wikipedia)、単体や化合物であり、酸とも塩基とも反応する物質のことをそう定義しているようです。多くの金属と半金属は両性酸化物を作る（酸または塩基と反応する）とのことです。


ここからは単体として遷移元素と典型元素にわけて考えてみます。


「遷移元素は金属元素」ということから遷移元素は両性物質です。これがひとつの結論です。

私が始めに提示しました、アルミニウム、亜鉛、鉛、スズは典型元素です。ですから、これらは単純に両性物質だ判断できません。

ただし、アルミニウムは半金属に分類されることがあり、また、鉛、スズ、亜鉛は元素周期表では半金属のあるあたりに近いです。ですから、元素周期表からそれら４つの元素が両性元素である可能性が高いことは予想できます。しかしながら、表中で同じような場所にあっても両性元素ではないものもあるのですから、他の要因が関与して両性元素になるかどうかが決まっています。他のファクターが何かは今のところ私は理解できていません。


また、このページで面白いことを言っていました。
http://marukitunagaru.ti-da.net/e3641791.html

両性元素という言い方で説明していますが、両性元素は酸や塩基と反応した場合に、気体を発生する場合と発生しない場合があるそうです。

つまり、以下の２パターンです。

１．その物質が溶解だけする。気体の発生はなし

２．その物質が溶解し、かつ気体が発生する



最後に、ご回答者さまがおっしゃった、王水で解ける仕組みは違うよ、とのことについても調べましたところ、次のようなページを見つけました。
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question …


濃硝酸と濃塩酸で「極限まで酸化された塩素が発生する」という表現はよくわかりませんが、おそらく、その塩素はとっても還元されたがるのではないかと思います。そこで、金やプラチナとくっついて塩化物を作る。その塩化物が水溶性であるから溶けることができるということではないでしょうか。

すなわち、王水に溶けるものは

１．塩素とくっついて塩化物になれるものである

２．その塩化物が水溶性である

の２つの条件を満たしたものとなると思います。



まだ根源的なところ（物質のデータをもとに考える）へは達していませんが、一部、理解が進みました。


なお、ご回答者さまがおっしゃった、まさに根源的なところ、

>特定の条件下で金属と「何か」の間の酸化還元反応が生じるかどうか
>を考えなきゃならない. でそれは「還元電位」を見ればそれなりにわかる (Latimer図とか Frost図なん>てものを使ってビジュアルに考えるのもよい).

については手が出せませんでした。調べても書いてあることが理解できなかったり、図自体が見つかりませんでした。まだ化学のベースとなる理解が私は足りないようです。

補足日時：2014/05/18 23:11

この回答へのお礼

専門的なご説明ありがとうございます！

一読では理解できず、調べて理解しようとしています。高校の化学の本、理科年表とネットを使用してです。

次のところまでの理解、そして調べ中です。

・典型元素と遷移元素（すべて金属元素と理解しています）で両性元素になるかとかの考え方を変えなければいけないかもしれない

・周期表には「両性元素」という印はついてない（つまり、周期表では両性元素がどれかは判断できない）

・還元電位は標準電極電位と関係がありそうだ（理科年表に値がある）

・Latimer図とFrost図をネットで検索してもうまく出てきてくれない

・酸に解けるという高校化学とかでよくでるものはイオン化傾向を利用して考える

・塩基に反応するかどうかは酸に反応するかどうかよりも分かりにくい

・金と白金が王水に溶けるという現象はイオン化傾向による話とは全く異なる

できるだけデータ（何かの値とか）を元に考えようと思っています。また補足からコメントします。

お礼日時：2014/05/09 09:25