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原子は電子配列を安定させようとしてイオンになりますよね。また安定状態のほうが低エネルギーですよね。 塩素(不安定)が塩化物イオン(安定)になるとエネルギーが下がるのは分かるんですが、ナトリウム(不安定)がナトリウムイオン(安定)になって何故エネルギーが上がるんですか? ガチで悩んでるのでよろしくお願いします。

質問者からの補足コメント

  • 原子は安定状態にある希ガスの電子配列を真似したがります。ナトリウムの最外殻電子は1個と不安定です。だから安定状態に持っていくためネオンの電子配列を真似、安定しようとします。 という意味です。

    No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2015/03/22 00:24
  • 丁寧にお答えいただきありがとうございます。けどさっぱりわかりませんw 安定している=低エネルギーという定義が間違ってるのでしょうか?

    No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2015/03/22 00:33
  • お答えいたたきありがとうございます。けどやはりしっくり来ません(泣) 理論的にナトリウムが水に溶けてナトリウムイオンになる時、吸熱反応ですよね?だと安定=低エネルギーという考え方は間違ってるんでしょうか?

    No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2015/03/22 02:17
  • ナトリウムが水に溶けてナトリウムイオンになる。という反応がぞんざいしないのでしょうか?僕が聞きたいのは、ナトリウムという電子配列的に不安定な状態からナトリウムイオンという安定した状態になる。電子配列的に安定した状態はエネルギーが低い状態になる。←この考え方は正しいのか、ということとイオン化エネルギーは定義通り正。ということは陽イオンになるとNa = Na+ + e- -496kJ  この反応は吸熱反応 ということはナトリウムイオンはナトリウムより高いエネルギーレベルになる。 矛盾してません?

    No.4の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2015/03/22 16:14
  • 電子配列が安定 だから低エネルギー  という考え方が間違っていたんですね。物質的に安定しているとは電子配列の他になにか関わっているのでしょうか?  希ガスが完璧な電子配列をしているからといって低エネルギーであると一概にいえないのでしょうか? すいません質問攻めでw何しろわからないものには興味津々なもんで

    No.5の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2015/03/22 17:32
  • 現在高校2年なんですが、これは大学レベルなのでしょうか? あとあなたは大学の教授さんですか?

    No.6の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2015/03/23 14:52

A 回答 (7件)

私の立場は高校の教員です。


この内容は1つ1つは高校レベルの話ですが、実際はそこまで理解できる人は
すくなく、イオン化エネルギーが負数であることから反応の進行に疑問を持つ
人も少ないです。
質問者様の着眼点が良かったのである程度まで回答しました。

>電子配列が安定 だから低エネルギー という考え方が間違っていたんですね。
間違ってはいないんですよ。
電子配置を考えると電子が1個余ってるから、電子を出した後に安定な閉殻構造に
なるから、アルカリ金属のイオン化エネルギーは低いのです。
ただ、低いと言ってもある程度のエネルギーが必要なので、アルカリ金属であっても
放置して、Na → Na+ + e- になることはありません。
このe-を別の原子が受けたったときに発生する電子親和力やイオン結晶の格子エネルギー
などの兼ね合いなのです。

>希ガスが完璧な電子配列をしているからといって低エネルギー
いえいえ、高校レベルというか、常温付近の化学反応ではこの理論だけで説明できますよ。
化学のほとんどの力はクーロン力に由来します。
電子にはたらくクーロン力は陽子数が多いほど強いし、原子核から遠いほど弱くなります。
ですから、同一電子殻で陽子が最も多い希ガスは安定で多原子とほぼ反応しません。
しかし、XeやKrのような大きな希ガスはクーロン力が弱いので、Fのような小さな
ハロゲン反応します。でも、これは例外で高校生が覚える必要はありません。
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この回答へのお礼

ナトリウムがナトリウムイオンになる時エネルギーを必要としなったあとは安定な状態だからエネルギー的に不利。ですよね^^

お礼日時:2015/03/24 12:14

>電子配列が安定 だから低エネルギーという考え方が間違っていたんですね。


ある意味では合っていますが、全体を考えないと行けません。
原子から電子を引き離すにはどうやってもエネルギーが必要です。
このエネルギーは電子殻の大きさと陽子の数で決まっています。
※排他律や遮蔽効果もありますが、とりあえず無視してください。

すなわち、同じL核の電子では、Naは陽子が11個でArは陽子が18個です。
ですから、Naの方がクーロン力が弱く電子が取りやすく、イオン化エネルギーは
小さくなります。Arは陽子が多くイオン化エネルギーは大きくなります。

Naがいくらイオン化エネルギーが小さくても、電子を取るためにはエネルギーが
必要で、イオン化エネルギーは負数で表されます。
原子がイオン化するということは、電子を放出することであり、他の原子がこの
電子を受け取ります。このとき、FやClのハロゲンでは、電子殻が小さい割に
陽子数が大きいので電子親和力が大きくなります。また、NeやArでは外殻に
電子が入るため、電子親和力は小さくなります。

上記のように、Naが単独でNa+になることはまずありません。
それをしようと思えば、高熱でX線をあてたり、核反応のような強いエネルギーが
必要です。通常は近くに電子を受け取る原子があり、その原子の電子親和力が
大きい場合、イオン結合の格子エネルギーも考慮してイオンになることがあるのです。
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>ナトリウムが水に溶けてナトリウムイオンになる。

という反応がぞんざいしないのでしょうか?
この反応は水素小野電子のやりとりとか、H2の発生、金属の格子エネルギーの解放などが
からんで、エネルギーを考えるときに適当な問題ではありません。

>僕が聞きたいのは、ナトリウムという電子配列的に不安定な状態からナトリウムイオンという安定した状態になる。電子配列的に安定した状態はエネルギーが低い状態になる。←この考え方は正しいのか、
熱化学方程式から見て、Na+の方がエネルギーが高いことはおわかりだと思います。
電子を1つ取るということはどこの電子軌道であれ、クーロン力に逆らった仕事をすることに
なります。ですから吸熱反応なのです。
前から書いているように、この反応は単独ではおきません。NaよりNa+の方が安定である
という説明はウソです。

>イオン化エネルギーは定義通り正。ということは陽イオンになるとNa = Na+ + e- -496kJ  この反応は吸熱反応 ということはナトリウムイオンはナトリウムより高いエネルギーレベルになる。 矛盾してません?
この反応は単独では起こりません。しかし、1つの原子が電子を出すと言うことは別の電子が
受け取る訳です。確かにNaから電子を取ると1molあたり496kJのエネルギーが
必要ですが、その電子をCl原子が受け取ると349kJ返ってきます。これでもまだ足りない
のですが、Na+とCl-がイオン結合をすれば200kJくらい(手元に資料が無いので適当)
のエネルギーが返ってきてトータルで+となります。

ですから、Naが自ら電子を放出してNa+になることはありません。
必ず相手に電子を受け取る原子が存在し、それとの合計のエネルギー損益で反応が
進行するか停止するか決まります。
この回答への補足あり
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Na(気) = Na+(気) + e- -496kJ


Cl(気) + e- = Cl-(気) + 349kJ
上記でわかるように、この反応熱はトータルで負です。
ですから、生成物の方がエネルギーが高い(不安定)になります。
NaClというイオン結晶を作るところまで考えると反応熱が正に
なって反応が進みます。

>理論的にナトリウムが水に溶けてナトリウムイオンになる時、吸熱反応ですよね
ナトリウムと水の反応は発火するくらいの発熱反応です。
ご質問は塩化ナトリウムが水に溶ける場合ではないでしょうか?
自然界の反応はほとんどが発熱反応です。なぜなら、反応とはエネルギーが高い
不安定な状態からエネルギーが低い安定な状態に変化するものだからです。
しかし、一部に吸熱反応も存在します。
これは熱エネルギー(ギブスエネルギー)だけではなくエントロピーエネルギーも
関係してくるからです。エントロピーエネルギーとは原子や分子が乱雑な状態に
なった方が安定であるということです。ですから、NaClは結晶であるよりも、
水中に分散した方が自由度が増してエントロピーエネルギーが増えるということです。
NaClの場合は結晶の格子エネルギーが失われるて水分子の水和エネルギーが
生まれます。この2者ではトータルマイナスなので全体の反応熱は負になります。
しかし、溶解した方がエントロピーが増えるのでNaClは溶解します。
AgClも溶解熱は負ですがこの値がNaClより大きいので、エントロピー
エネルギーはこれを超えることができません。よって、水に溶けないのです。
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イオン化エネルギーは負であり、電子親和力は正であり、トータルでは


負になるということですが、これを簡単に書いてみます。

Na原子から電子を1つとるには150円必要です。
Cl原子に電子を1つ与えると100円もらえます。
ですから、Naの電子をClに移動させると50円マイナスになるので、
だれもこのようなことをしません。
でも、できあがったNa+とCl-を組み合わせると100円くれます。
だから、イオン化させるところでは高エネルギーで不安定な状態であっても、
最終的にイオン結晶にするところまでを考えるとトータルで安定化されるので
イオン反応が進行するのです。
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定義上, イオン化エネルギーは必ず正だよね.



「ナトリウム(不安定)」とか「ナトリウムイオン(安定)」とかの意味はわからんのだが.
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いい良い質問だと思います。

前半部は書いておられる通りです。
後半部に書いておれれるように、Na原子はNa+になるとエネルギー的に
不利になります。そして、このエネルギーの大きさはClがCl-になる
ときに放出されるエネルギーより大きいです。

すなわち、Na + Cl → Na+ + Cl- の反応は
エネルギー的に不利になり、これだけでは起こりません。
しかし、Na+ と Cl- がイオン結合をして、無数のイオンからなる結晶
NaClを作るときにエネルギーが放出されます。
トータルでここまで考えれば安定化で反応が進行します。

基礎科学ではそういうことを書くと難しいから、NaはNa+になった方が
有利と便宜上書いてあるだけです。
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