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アルカリ金属・アルカリ土類金属と炎色反応

Na・K・Ca・Ba などの単体と化合物(水酸化物・炭酸塩・硫酸塩)の性質と、炎色反応の色(Li 赤、Na 黄、K 赤紫、Ca 橙赤、Sr 紅、Ba 黄緑、Cu 青緑)を判定できる

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説明

1 族のアルカリ金属(Li・Na・K など)と 2 族のアルカリ土類金属(Mg・Ca・Sr・Ba など)について、単体と代表的な化合物(水酸化物・炭酸塩・硫酸塩)の性質、および炎色反応の色を整理します。これができると、「ナトリウムは水中に保存する」「炭酸カルシウムは水によく溶ける」のような記述の正誤を、周期表上の位置とイオン化傾向から判断できるようになります。炎色反応の色から、試料に含まれる元素を見分けることもできます。

なぜそうしてよいのか

アルカリ金属は価電子を 1 個、アルカリ土類金属は 2 個もち、それを失って や のような陽イオンになりやすい元素です。イオン化列(Li K Ca Na Mg …)の先頭に並んでいることからわかるように、単体は非常に強い還元性をもちます。アルカリ金属の単体は常温の水と激しく反応して水素を発生し()、空気中の酸素や水蒸気ともすぐ反応するので、石油(灯油)の中に保存します。単体はやわらかく、密度が小さい銀白色の金属です。2 族では Ca・Sr・Ba が常温の水と反応しますが、Mg は熱水と反応し、Be は水とほとんど反応しません。

化合物の水への溶けやすさは、1 族と 2 族でおおよその傾向が分かれます。Na・K の化合物は、水酸化物・炭酸塩・硫酸塩のどれも水に溶けやすく、水酸化物(・)は強塩基です。ただし、同じアルカリ金属でも炭酸リチウム は水に溶けにくいという例外があります。 の固体は空気中の水分を吸って溶ける性質(潮解性)をもち、炭酸ナトリウムの結晶 は空気中で水和水を失って粉末になる性質(風解)をもちます。一方、2 族では、炭酸塩(・)は水に溶けにくく、硫酸塩も ・ は水に溶けにくいです(ただし は溶けやすい)。 の水溶液は石灰水で、 を通すと が沈殿して白濁します。 は水や酸に溶けず X 線を通しにくいので、胃の X 線撮影の造影剤に使われます。(生石灰)は水と反応して発熱し、乾燥剤に使われます。

炎色反応は、元素を含む物質を炎に入れると、その元素に特有の色の光が出る現象です。原子の中の電子が熱でエネルギーを受け取り、それを光として放出するときの色が元素ごとに決まっているからです。主な色は、Li 赤、Na 黄、K 赤紫、Ca 橙赤、Sr 紅(深赤)、Ba 黄緑、Cu 青緑です。Be と Mg は炎色反応を示しません。

手順

  1. 記述がどの元素の、単体・水酸化物・炭酸塩・硫酸塩のどれについてのものかを確かめ、その元素が 1 族か 2 族かを周期表で確かめる。

  2. 単体の記述なら、水との反応(アルカリ金属と Ca・Sr・Ba は常温の水と反応、Mg は熱水と反応)と保存法(アルカリ金属は石油中)と照らし合わせる。

  3. 化合物の記述なら、Na・K の化合物は水に溶けやすいこと(ただし は溶けにくい)、2 族の炭酸塩と ・ は水に溶けにくいことを使う。

  4. 炎色反応の記述なら、Li 赤、Na 黄、K 赤紫、Ca 橙赤、Sr 紅、Ba 黄緑、Cu 青緑(Be・Mg は示さない)と照らし合わせる。

  5. すべての選択肢を判定し、条件に合うものを選ぶ。

例題

アルカリ金属・アルカリ土類金属とその化合物に関する記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア ナトリウムの単体は、空気中の酸素と反応しやすいので水中に保存する。
イ 炭酸カルシウムは、水によく溶ける。
ウ 硫酸バリウムは水に溶けにくく、X 線撮影の造影剤に用いられる。
エ カリウムの炎色反応は黄色である。

例題の解答

ア: 単体の記述なので手順 2 を使う。Na は常温の水と激しく反応する()ので、水中ではなく石油中に保存する。誤り。
イ: 化合物の記述なので手順 3 を使う。Ca は 2 族で、その炭酸塩 は水に溶けにくい。誤り。
ウ: 手順 3 より、Ba は 2 族で は水に溶けにくい。X 線を通しにくく、造影剤に使われる。正しい。
エ: 炎色反応の記述なので手順 4 を使う。K は赤紫色で、黄色は Na である。誤り。
よって正しいのはウ。

答え:

ウ

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

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