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高校無機化学での質問なんですが、
沈殿する物質と沈殿しない物質は何が根本的に異なっているのでしょうか?
(例えば、CrO4 2-ではAg +は沈殿するがCu 2+はしない等)
また、沈殿しても過剰に加えれば錯イオンになったりすることもありますが、これはどういう仕組みなんでしょうか?

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A 回答 (2件)

いわゆる塩の溶解度の問題ですが、


イオンの組み合わせによってほぼ純粋なイオン結合性のものと
共有結合性をかなり含んでいるものとがあります。
Ag(+)はCu(2+)よりも共有結合性が高いと考えられます。

また、今回の例とは反対の傾向となるのですが、
一般にイオンの価数の絶対値が大きくなるほど溶解度は下がります。


錯イオンのお話。

金属イオンが水に溶けるときに、そのまわりには必ず、
水が水和しています。この状態で少量の塩基を加えると
金属イオンに水和した水分子のプロトンが脱離して、
水酸化物イオンが金属にくっついていることになります。

このときできる金属の水酸化物は一般に水に対する溶解度が低いので
多くは白色の沈殿を生じます。

ここに過剰にアンモニア水などを加えると、金属の近くにあった
水酸化物イオンを押しのけて、アンモニアが金属にくっつきます。
この状態は水に溶けやすいので一度生じた沈殿が再び溶解するのです。

両性元素の水酸化物は、金属イオンと水酸化物イオンの電荷が釣り合って
中性になった状態[Al(OH)3]、[Zn(OH)2]が一番溶解度が低く、これよりも
水酸化物イオンの濃度が高い状態では[Al(OH)4](-)、[Zn(OH)4](2-)のように
電荷をもつようになって溶けやすくなるのです。
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色々な種類のものが混ざったとき、ものは一番安定な状態をとろうとします。

このときできたものの溶解度が極めて小さいときその物質は析出します。これが沈殿の現象ですね。もし溶解度が高いときは沈殿せず溶液の状態のまま存在します。だから沈殿するかしないかはできたものの溶解度に依存します。
沈殿の現象はこれくらいにしてなぜCu2+では沈殿しないのかということですがおそらくCuのほうは溶解度が高いのでしょう。はっきりとした答えはできませんが。おそらく反応してCuCrO4はできるはずです。しかし溶液状態で安定(溶解度が高い)ので落ちてこないのでしょう。ちなみにAgの物質が沈殿しやすいのはやわらかい酸だからです。
このことは大学に行ってから習うでしょう。もしnomさんが高校生であるならば。また分からなかったらいってください。
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Q沈殿する物質とそうでない物質の違い

こんにちは、初めまして。
僕は高校1年生の者なのですが、沈殿に関して分からないことがあります。
化学反応式をつくることはできても、その新しくできた物質が複数ある場合、どれが沈殿するのかが分かりません。
「水に溶けるか溶けないか」が判断基準ということを耳にしたことはあるのですが、化学式だけで水に溶けるか溶けないかなど分かるのでしょうか?
知っているかた、是非教えてください、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

化学式だけでは、親水性(水に溶けやすいまたは混じりやすい性質)があるかどうかは判りません。

物質の分子内の親水性の部分を親水基と言い、これが有るかどうかで、水に溶けやすい混じりやすいが決まります。

なお、界面活性剤などのように、親水性と疎水性の両方を持つ物質もあります。

一般に、極性または電荷を有する物質が親水性を持ちます。

興味があるなら「親水性」「疎水性」「イオン」で調べてみると良いでしょう。

Q錯イオンについて

主に遷移元素が錯イオンを形成する理由と、錯イオンが特有な色を呈する理由を教えてください。一応化学系の大学1年生です。

Aベストアンサー

順番に説明します。
まず錯イオンを知ってますか?
錯体のうちで正電荷あるいは負電荷を持つものです。
よく耳にするのはは[Co(en)3]3+で
このコバルト錯体は三価の錯イオンといいます。
それに対して電荷を持たない錯体、
例えば[PtCl2(NH3)2]は電荷を持たない錯分子と
呼ばれます。
このように錯体は大きく2つに分類されます。

さて本題ですが、遷移金属が錯体(電荷を持てば錯イオン)を形成するのは軌道の重なりうんぬんの話が
絡んできますが、
基本的には原子の孤立電子対が金属に配位する
と考えてください。
あくまでも基本ですので、例外はあります。
金属によって取ることができる配位数が違いますので
注意が必要です。
よって孤立電子対を持ち、さらに電荷を持つ様な
配位子が金属に配位すれば、
あるいは電荷のない配位子のみが配位して
金属の酸化数のみで
錯イオンが形成します。

次に錯イオンが特有な色を呈する理由です。
前提として前述のとおり、
錯イオンは錯体の分類の1つです。
よって錯イオンのみではなく錯体すべて、
錯分子も特有な色を示します。
さてその理由ですが、
金属と配位子との電子のやりとりによって決まります。
特徴的な1つがd-d遷移というもので、
そのエネルギーによって色の吸収波長が大きく変わり
目に見える色が変化するのです。
よってその色は金属と配位子の組み合わせ
によって様々に変わります。

もし興味があれば一度詳しく本を
読む事をおすすめします。
取っつきにくいですが、一度理解してしまえば
様々な色を扱える化学として、とてもおもしろい
分野であることがわかりますよ。

順番に説明します。
まず錯イオンを知ってますか?
錯体のうちで正電荷あるいは負電荷を持つものです。
よく耳にするのはは[Co(en)3]3+で
このコバルト錯体は三価の錯イオンといいます。
それに対して電荷を持たない錯体、
例えば[PtCl2(NH3)2]は電荷を持たない錯分子と
呼ばれます。
このように錯体は大きく2つに分類されます。

さて本題ですが、遷移金属が錯体(電荷を持てば錯イオン)を形成するのは軌道の重なりうんぬんの話が
絡んできますが、
基本的には原子の孤立電子対が金属に配位する
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Q二酸化硫黄と硫化水素の酸化還元反応式

タイトルのとおりなのですが、二酸化硫黄と硫化水素の酸化還元反応式が
どういうふうになるのかおしえてほしいのです。
硫化水素 H2S→2H+ + S + 2e-
二酸化硫黄 SO2 + 4H+ + 4e- → S + 2H2O
ということまではたぶんあっているとおもうのですが・・・
このあとどうやっていけば酸化還元反応式ができあがるのかが。。。
教えて下さい

Aベストアンサー

そこまでわかっているのなら、後は
e-が消えるように2つの式を足し合わせるだけです。
最初の式を2倍して、2番目の式と足せば、
2H2S + SO2 + 4H+ + 4e- → 4H+ + 2S + 4e- + S + 2H2O
両辺から同じものを消して
2H2S + SO2 → 3S + 2H2O
となります。

Q発色(色が見える)のメカニズム・しくみとは??

検索サイトで頑張ってみたものの、わからなかったのでご教授お願いします。

「ものが色づいて見える仕組み」(“発色団”関係なのでしょうか??)について現在考えているんですけど、
http://www.1suteki.com/ironosikumi.html
今までこのサイト(中段あたり)にあるように、「対象物がその色のみを反射して、その色が見える」と考えていました。これは一応納得できます。

ところが化学系の本やサイトを見ると、
「対象物がその色の波長を吸収して発色する」(この表現が正しいかどうかはわかりませんが、このようなニュアンスです)
と一部書いてあります。

この、「波長を“吸収している”→その色が“見える”」という流れがよくわかりません。
この部分の解説をぜひお願いします。

また、Wikipediaの『色素』の項目(http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%89%B2%E7%B4%A0)を参照してみたところ、たびたび「可視光の吸収あるいは放出」という言葉が出てきます。
つまり、上記の二つのことを言うのでしょうか・・・?


以上の質問、非常にわかりずらい文章表現になってしまいましたが、
回答のほど、よろしくお願いします。

検索サイトで頑張ってみたものの、わからなかったのでご教授お願いします。

「ものが色づいて見える仕組み」(“発色団”関係なのでしょうか??)について現在考えているんですけど、
http://www.1suteki.com/ironosikumi.html
今までこのサイト(中段あたり)にあるように、「対象物がその色のみを反射して、その色が見える」と考えていました。これは一応納得できます。

ところが化学系の本やサイトを見ると、
「対象物がその色の波長を吸収して発色する」(この表現が正しいかどうかはわかりませんが、...続きを読む

Aベストアンサー

> 「波長を“吸収している”→その色が“見える”」という流れがよくわかりません。

まず、吸収と反射についてですが、これはNo.1の方も回答されている通り、
表裏一体のものです。

仮に、今、青色の光だけを吸収するものがあるとします。
このとき、その物体は
  青色光を吸収 → 青色以外の全ての光を反射(又は透過)  
となります。
この「青色以外の全て」が混ざった光は、人間の目には「黄色」に見えます。
これが「発色」です。
 *多くの物質は「特定の波長の光を吸収する」もので、原理的には「特定の
  光だけを反射する」ものはありません。
  (吸収領域が複数あるために、結果的に一部の光だけ反射、という場合は
   あり得ますが)
  従って、「対象物がその色のみを反射して、その色が見える」というのは、
  「一般的な説明」としては、正確ではありません。

なお、念のために補足しておくと、
 「対象物がその色の波長を吸収して発色する」
というのは、正確には
 「対象物がある波長の光を吸収して、その『補色』に発色する」
ということです。
(補色;色相環で反対に位置する色(=混色すると黒になる色))


> 上記の二つのことを言うのでしょうか・・・?

これはそれぞれ別の現象を指していると考えて下さい。

これについては、
 ・可視光の吸収による発色 → 通常の色素
 ・可視光の放出による発色 → 蛍光・夜光顔料
とイメージしていただくと理解しやすいのではないかと思います。
(特に暗闇で光る夜光顔料は、「吸収・反射による発色」では
 あり得ませんよね)
*ただ、「可視光の吸収或いは放出」の具体例としては、
  本当は蛍光の方が適切な気がしますが・・・説明が難しく
  なるので(汗)
  或いは、色素に限らなければ、「炎色反応」は
  「放出による発色」の好事例だと思います。

> 「波長を“吸収している”→その色が“見える”」という流れがよくわかりません。

まず、吸収と反射についてですが、これはNo.1の方も回答されている通り、
表裏一体のものです。

仮に、今、青色の光だけを吸収するものがあるとします。
このとき、その物体は
  青色光を吸収 → 青色以外の全ての光を反射(又は透過)  
となります。
この「青色以外の全て」が混ざった光は、人間の目には「黄色」に見えます。
これが「発色」です。
 *多くの物質は「特定の波長の光を吸収する」もので、原理的には...続きを読む

Q無水酢酸とアニリンを用いてアセトアニリドを合成する実験を行いました。

無水酢酸とアニリンを用いてアセトアニリドを合成する実験を行いました。
実験中に無水酢酸をアニリンの入った試験管に入れたところ発熱反応(?)が起きたのですがこれを反応式に表すとどのようになるかが解りません。

C6H5NH2+(CH3CO)2O →C6H5NHCOCH3 + CH3COOH

この式のどこに熱の発生を書けば良いのかということとどうして発熱するのかをできるだけ解りやすく教えていただけると助かります。
あとこの実験で蒸留水の中にアセトアニリドを溶液の状態で混合させたところ刺激臭が発生しました。ニオイの感じではアンモニアだった気がするのですが・・・アニリンのアミノ基と蒸留水が反応してアンモニアが生成されたという事で良いのでしょうか?

Aベストアンサー

発熱云々の件ですが、もちろん、結合エネルギーから説明することはできますし、全体の結合エネルギーの変化が反応熱に関与していることも確かです。しかし、それならばなぜ結合エネルギーが変化するのかという新たな疑問が生じます。個々の結合の標準的な値から見積もることもできるでしょうが、それならばなぜ標準的な結合エネルギーの値がそうなるのかという話になります。なので、いずれにしても結果論的な説明になるという意味です。

Q酸化作用とは?

大学受験範囲です

問題を解いているときに「酸化作用」という用語が出てたのですが知りませんでした。
検索してみたのですが、定義等みつけられませんでした。



(1)「酸化作用」の定義を教えてください

(2)「酸化作用が強い」や「酸化作用が弱い」などという記述もあったのですがその意味を教えてください

(3)↑その強弱がなにに由来するか教えてください

(3)「酸化作用の強さ」と
「酸化剤としての強さ」「還元剤としての強さ」はどういう関係になっているのでしょう?

Aベストアンサー

酸化作用とは、文字通り
 相手の物質を「酸化させる」作用
のことです。つまり、"酸化させる"とはどのようなことを意味するのだったかを再確認すれば良いのです。

(1)「相手に酸素Oを無理矢理でも与えること」を"酸化させる"の意味とするなら
 相手に酸素を与える作用を、酸化作用という、ということになります。
 たとえば、酸化銅CuOを炭素と共に熱してやると、CuOがOを炭素Cに与えて、自身は銅の単体になり、相手(炭素)はCO2となりますから、「CuOはCに対して酸化作用を及ぼした」、と言えます。
(2)「相手から水素Hを奪い取ること」を"酸化させる"の意味とするなら
 相手から水素を奪う作用を、酸化作用という、ということになります。
 たとえば、エタノールC2H5OH の適当な温度の蒸気にして酸化銅CuOに触れさせると、エタノールは一部の水素原子を失ってアセトアルデヒドになりCuOは、CuとH2Oとに変化します。このときは、「CuOはエタノールに対して酸化作用を及ぼした」、と言えます。
(3)「相手物質から電子を奪い取ること」を"酸化させる"の意味とするなら
 相手物質から電子を奪う作用を、酸化作用という、ということになります。
 たとえば、CuOは、CuはCu++,OはO--のイオンとして結合し合っているとみることができます。CuOに高温の水素H2を触れさせると、Cu++はH2から電子を奪って、自身はCu単体になり、HはH+となり、O--と結合してH2Oなります。
このとき、「CuOの銅Cuは、H2に対して酸化作用を及ぼした」と言えます。

"酸化"には、上記のように、多様な見方(説明)があります。(1),(2)は、酸素や水素が関与している反応の場合に限定的ですが、(3)は、そのような限定から解放されている、より"本質的"な定義と言えます。もちろん、(3)の見方をするなら、酸素を与えること,水素を奪うことも含めて、統一的に説明できます。

ですから、何も限定していない状況下なら、「相手物質から電子を奪い取る作用」を"酸化作用"と呼ぶのが良いでしょう。



酸化作用の強弱。これも文字通り、酸化作用が強いか弱いかのことです。
たとえば、過マンガン酸カリウム KMnO4 は、多くの物質に対して酸化作用を及ぼすことができる、かなり酸化作用の強い酸化剤です。
一方、過酸化水素 H2O2 は、相手によっては酸化作用を及ぼすことができるのですが、過マンガン酸カリウムと反応するときには、むしろ酸化される側になります。
つまり、KMnO4はH2O2より酸化作用が強い、と言えるわけです。
酸化作用の強さは、相手物質が何かによって、変わるということは知っておきましょう。

酸化作用の強弱が生じる理由。 或る物質が、他の物質と電子の遣り取りをする反応をする際に、電子を奪う側になるか失う側になるかは、物質の性質によります。電子を奪う側になりやすい物質は、酸化作用の強い物質といえますし、相手によっては電子を奪うこともあるが、別の物質相手だとその作用を発揮できないなら、酸化作用はそれなりの強さということになるでしょう。

酸化作用を示す物質を、酸化剤と言います。或る物質Aが、他の或る物質Bに対して酸化作用を示すなら、AはBに対して酸化剤として働いた、と言います。もちろん、酸化作用が強い物質は、強い酸化剤です。
酸化作用をしている物質に対して、還元剤という呼称は使いません。還元作用(酸化作用の逆です)をする物質を還元剤と言い、その作用が強ければ強い還元剤ということになります。 ただし、先に書きましたように、H2O2のように、相手物質が何であるかによって、酸化作用を示す場合と還元作用を示す場合があるように、酸化剤・還元剤という呼称も、相手物質を指定して初めて意味が有る言葉となります。

酸化作用とは、文字通り
 相手の物質を「酸化させる」作用
のことです。つまり、"酸化させる"とはどのようなことを意味するのだったかを再確認すれば良いのです。

(1)「相手に酸素Oを無理矢理でも与えること」を"酸化させる"の意味とするなら
 相手に酸素を与える作用を、酸化作用という、ということになります。
 たとえば、酸化銅CuOを炭素と共に熱してやると、CuOがOを炭素Cに与えて、自身は銅の単体になり、相手(炭素)はCO2となりますから、「CuOはCに対して酸化作用を及ぼした」、と言えま...続きを読む

Q鉄イオンになぜFe2+とFe3+があるの?

イオンに価数の違うものがあるという現象が理解できません・・・。

例えば、水素イオンだったらH+しかありませんよね。電子を一つ外に出した方が安定だから。

でも、鉄イオンにFe2+とFe3+があるじゃないですか!!

じゃあ、このイオンたちは外に電子を二つだしても、三つだしても安定なのでしょうか。変です。安定状態は一つじゃないんですか。あの最外核電子が希ガスと同じになると安定。

仮に安定状態にかかわらずイオンになれるんだとすれば、Fe+~Fe10+とかいくらでもありそうな気がするのです。でも、鉄の場合はFe2+とFe3+くらいしか聞かないですし、水素の場合のH2+も聞きません。どうしてでしょう(-_-;

Aベストアンサー

イオン化エネルギー(単位はkJ/mol)

H  1312

Na 495  4562  6911
Mg 737  1476  7732

K  419  3051  4410
Ca 589  1145  4910

He  2373  5259
Ne  2080  3952
Ar  1520  2665 

1.不活性元素(希ガス)の電子配置から先に行くのは難しいのが分かります。
  Na^2+は存在しないだろうというのはエネルギー的な判断として可能です。

2.Ca^2+を実現するために必要なエネルギーはNa^+を実現するために必要なエネルギーよりも2倍以上大きいです。でもCa^2+は安定に存在します。これはイオン化エネルギーの大きさだけでは判断できない事です。
CaOとNaClは結晶構造が同じです。融点を比べると結合の強さの違いが分かります。
NaCl 801℃   CaO  2572℃

CaOの方が格段に結合が強いことが分かります。
結合が強いというのを安定な構造ができていると考えてもいいはずです。
NaClは(+)、(-)の間の引力です。CaOは(2+)、(2-)の間の引力です。これで4倍の違いが出てきます。イオン間距離も問題になります。Ca^+には最外殻のs軌道に電子が1つ残っていますからCa^2+よりも大きいです。荷電数が大きくてサイズの小さいイオンができる方が静電エネルギーでの安定化には有利なのです。
Fe(OH)2よりもFe(OH)3の方が溶解度が格段に小さいというのも2+、3+という電荷の大きさの違いが効いてきています。サイズも小さくなっています。

イオンは単独では存在しません。必ず対のイオンと共に存在しています。
水和されていると書いておられる回答もありますが対のイオンの存在によって安定化されるというのが先です。
水溶液の中であっても正イオンだけとか負イオンだけとかでは存在できません。水和された正イオンと水和された陰イオンとが同数あります。水和された負イオンの周りは水和された正イオンが取り囲んでいます。液体の中にありますからかなり乱れた構造になっていますが正負のイオンが同数あって互いに反対符号のイオンの周りに分布しているという特徴は維持されています。

3.d軌道に電子が不完全に入っている元素を遷移元素と呼んでいます。
  「遷移」というのは性質がダラダラと変わるということから来た言葉です。普通は族番号が変われば性質が大きく変わります。周期表で横にある元素とは性質が異なるが縦に並んでいる元素とは性質が似ているというのが元素を「周期表の形にまとめてみよう」という考えの出発点でした。だから3属から11族を1つにまとめて考えるという事も出てくるのです。
 性質が似ているというのは電子の配置に理由があるはずです。電子は最外殻のsに先に入って後からdに入ります。エネルギーの逆転が起こっていますが違いは小さいものです。まず外の枠組み(s軌道)が決まっている、違いは内部(d軌道)の電子の入り方だけだというところからダラダラ性質が変わるというのが出てきます。M^2+のイオンがすべて存在するというのもここから出てきます。11族の元素に1+が出てくるのは内部のd軌道を満杯にしてs軌道電子が1つになるというからのことでしょう。これは#7に書かれています。でもそれがなぜ言えるのかはさらに別の理由が必要でしょう。
 s軌道の電子が飛び出してイオンができたとすると残るのはd軌道の電子です。イオンのサイズがあまり変わらないというのはここから出てきます。
 イオンの価数の種類が1つではないというのも遷移元素の特徴です。エネルギーにあまり大きな違いのないところでの電子の出入りだという捉え方でもかまわないと思います。イオン単独で考えているのではなくてイオンが置かれている環境の中で考えています。イオン化エネルギーの大小だけではありません。
 色が付いている化合物が多いというのもエネルギー的にあまり大きな違いのない電子配置がいくつか存在する、そのエネルギー状態は周囲の環境によって割合と簡単に変化するという事を表しています。普通なら電子遷移は紫外線の領域です。可視光の領域に吸収が出るのですから差の小さいエネルギー準位があるという事です。この色が周りに何があるかによって変化するというのも、変動しやすいエネルギー順位があるという証拠になるのではないでしょうか。酸化銅、硫酸銅、塩化銅、硝酸銅、結晶の色は異なります。水和された銅イオン、アンモニアが配意した銅イオンもはっきりとした色の違いがあります。

4.今考えているイオンの電荷は実電荷です。酸化数は実電荷に対応しているとは限りません。
 単原子イオンの酸化数はイオンの価数そのままですが、単原子イオンではない、分子中の原子、または多原子イオンの中の原子の酸化数は形式的に電荷を割り振ったものです。イオンでないものであってもイオンであるかのように見なしているのです。「Cr^(6+)」が存在するなんて書かれると「????」となってしまいます。Cr2O3の融点が2436℃、CrO3の融点が196℃であるという数字から考えるとCrO3はイオン性ではありません。無水クロム酸とも言われていますがCrO4^2-の中の結合と同じであろうと考えられます。
 CO2はC^(4+)1つとO^(2-)2つが結合したものと教えている中学校があるように聞いていますが困ったことです。「硫酸の中の硫黄の原子価は6+である」と書いてある危険物のテキストもあります。酸化数と原子価の混同はかなり広く見られることのようです。Cr^6+ という表現はそれと同列のことですから堂々と回答に書かれては困ることです。

イオン化エネルギー(単位はkJ/mol)

H  1312

Na 495  4562  6911
Mg 737  1476  7732

K  419  3051  4410
Ca 589  1145  4910

He  2373  5259
Ne  2080  3952
Ar  1520  2665 

1.不活性元素(希ガス)の電子配置から先に行くのは難しいのが分かります。
  Na^2+は存在しないだろうというのはエネルギー的な判断として可能です。

2.Ca^2+を実現するために必要...続きを読む


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