技能一覧 › 高校化学 物質の構成と化学結合(知識)

イオン化エネルギー・電子親和力・電気陰性度

イオン化エネルギー・電子親和力・電気陰性度の定義と、周期表の中での大小の傾向(同じ周期・同じ族での変化、最大の元素)を判定できる

前提

この技能までの道筋(4 技能)
算数中学高校大学大学院

読み込み中…

右端(太枠)がこの技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。

一覧で見る(前提が先)
  1. 原子・分子と化学式 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  2. 原子の構造と同位体 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  3. 電子配置と価電子 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  4. 周期表と周期律 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))

説明

原子が陽イオンになりやすいか、陰イオンになりやすいか、結合している電子をどれだけ強く引きつけるかは、イオン化エネルギー・電子親和力・電気陰性度という 3 つの量で表せます。この技能では、それぞれの定義を正しく区別し、周期表の中で同じ周期・同じ族を進むとどう大きさが変わるか、どの元素が最大かを判定できるようになります。周期表で学んだ「左下ほど陽性、右上ほど陰性」という傾向を、数値の大小として言い表すための道具です。

なぜそうしてよいのか

【定義】原子から電子を 1 個取り去って 1 価の陽イオンにするのに必要なエネルギーを(第一)イオン化エネルギーといいます。電子を引きはがすには原子核の引力に逆らう必要があるので、このエネルギーが小さいほど陽イオンになりやすい原子です。原子が電子を 1 個受け取って 1 価の陰イオンになるときに放出されるエネルギーを電子親和力といいます。電子を受け取って安定になる度合いが大きいほど多くのエネルギーが出るので、電子親和力が大きいほど陰イオンになりやすい原子です。一方、電気陰性度は、2 つの原子が共有結合しているときに、それぞれの原子が共有電子対を自分のほうへ引きつける強さを数値で表したものです。イオン化エネルギーと電子親和力は 1 個の原子についての量、電気陰性度は結合している原子についての量という違いがあります。電気陰性度は貴ガスについてはふつう考えません。

【傾向の理由】最外殻の電子がどれだけ強く原子核に引かれているかを考えると傾向がわかります。同じ周期で右へ進むと、最外殻は同じ電子殻のまま原子核の正の電荷(陽子の数)が増えるので、最外殻電子はより強く引きつけられます。そのため同じ周期では右へいくほど、イオン化エネルギーはおおむね大きくなり、電気陰性度も大きくなります。同じ族で下へ進むと、最外殻がより外側の電子殻になり、原子核から遠くなるので引力が弱まります。そのため同じ族では下へいくほど、イオン化エネルギーも電気陰性度も小さくなります。

【最大・最小の元素】貴ガスは最外殻が満たされた安定な配置なので、各周期でイオン化エネルギーが最も大きく、全元素ではヘリウム He が最大です。逆にアルカリ金属は各周期で最も小さくなります。電子親和力はハロゲンが大きく(最大は塩素 Cl)、電子を受け取ってもその貴ガスの配置を超えてしまう貴ガスは陰イオンになりにくいです。電気陰性度は周期表の右上ほど大きく、フッ素 F が最大で、次いで酸素 O です。

手順

  1. 問われている量がどれかを定義で確かめる:電子を取り去るのに必要なエネルギー → イオン化エネルギー、電子を受け取るときに放出されるエネルギー → 電子親和力、共有電子対を引きつける強さ → 電気陰性度。

  2. 大小と「なりやすさ」を結びつける:イオン化エネルギーが小さいほど陽イオンになりやすく、電子親和力が大きいほど陰イオンになりやすい。

  3. 同じ周期での変化を判断する:右へいくほどイオン化エネルギー(おおむね)と電気陰性度は大きくなる。各周期でイオン化エネルギーは貴ガスが最大、アルカリ金属が最小。

  4. 同じ族での変化を判断する:下へいくほどイオン化エネルギーも電気陰性度も小さくなる。

  5. 最大の元素を確認する:イオン化エネルギーは He、電子親和力は Cl、電気陰性度は F。

例題

イオン化エネルギーと電気陰性度について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア 同じ周期の元素では、1 族の元素の第一イオン化エネルギーが最も大きい。
イ 第一イオン化エネルギーが最も大きい元素は、ヘリウムである。
ウ 電気陰性度が最も大きい元素は、酸素である。
エ 同じ族の元素では、原子番号が大きいほど第一イオン化エネルギーが大きい。

例題の解答

【手順 1・2】アイエはイオン化エネルギー(電子を取り去るのに必要なエネルギー)、ウは電気陰性度についての文である。

【手順 3】同じ周期では、1 族(アルカリ金属)の第一イオン化エネルギーが最も小さく、貴ガスが最も大きい。よってアは誤り。

【手順 4】同じ族では、原子番号が大きい(下にある)ほど最外殻が原子核から遠く、第一イオン化エネルギーは小さくなる。よってエは誤り。

【手順 5】第一イオン化エネルギーが最大の元素はヘリウムなので、イは正しい。電気陰性度が最大の元素はフッ素で、酸素はその次なので、ウは誤り。

よって正しいのはイ。

答え:

イ

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。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること