化学

電気を流す「水溶液」の中には「イオン」がある?元研究員が解説

よぉ、桜木建二だ。純粋な水はほとんど電気を流さないって知っているか?

しかし水にあるものを溶かして「イオン」を含む「水溶液」にすると、とたんに電気を流すことができるようになるんだ。

今回は「水溶液」中の「イオン」について、化学実験を生業にしてきたライターwingと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

ライター/wing

元製薬会社研究員。小さい頃から化学が好きで、実験を仕事にしたいと大学で化学を専攻した。卒業後は化学分析・研究開発を生業にしてきた。化学のおもしろさを沢山の人に伝えたい!

1.水溶液とイオン

image by iStockphoto

純水はほとんど電気を通しません。しかし、食塩を溶かした水溶液は電気を通します。

なぜこんなことが起こるのでしょうか?それは食塩を溶かした水溶液の中には「イオン」が存在するからです。

ではイオンとはいったい何なのでしょうか?

1-1.イオンとは何か

イオンとはプラスの電気かマイナスの電気を帯びた粒子のことをいいます。

例えば食塩(NaCl)を水に溶かすと、ナトリウムイオン(Na+)と塩化物イオン(Cl)に分かれるのです。

物質がイオンに分かれることを電離といいます。そして食塩(塩化ナトリウム)のように水に溶けると電離する物質を電解質ということを覚えておきましょう。

ナトリウムがイオンになるとプラスの電気を帯びること、塩素がイオンになるとマイナスの電気を帯びることは決まっています。次になぜプラスの(またはマイナスの)電気を帯びるかについて、紐解いていきましょう。

1-2.陽イオンはどうやってできる?

1-2.陽イオンはどうやってできる?

image by Study-Z編集部

ナトリウムがイオンになるとプラスの電気を帯びることは決まっていると説明しました。プラスの電気を帯びるかマイナスの電気を帯びるかは電子配置に関わってきます。

ここで周期表と電子配置を思い出してください。

ナトリウムは原子番号11で、第1族(アルカリ金属元素)第3周期の元素でしたね。電子の数は11個で、1番原子核に近いK殻には2個の電子が入り、2番目に原子核に近いL殻には8個の電子が入り、3番目のM殻には1個の電子が入ります。

最外殻に1個の電子がある電子配置は不安定で、電子を1個失って安定な電子配置になろうとするのです。この最外殻にある1個の電子(価電子)を1つ失う=マイナスの電気を1つ失う事で1価(電子1つ分)の陽イオン(プラスの電気を帯びたイオン)になります。

最外殻の電子が1個であり、1価の陽イオンになりやすいという性質は、アルカリ金属元素に共通の性質だという事を覚えておきましょう。

1-3.陰イオンはどうやってできる?

1-3.陰イオンはどうやってできる?

image by Study-Z編集部

では陰イオン(マイナスの電気を帯びたイオン)はどのようにできるのでしょうか?

塩素原子の例でいうと、塩素は原子番号17で第17族(ハロゲン)第3周期の元素でしたね。電子の数は17個で、1番原子核に近いK殻には2個の電子が入り、2番目に原子核に近いL殻には8個の電子が入り、3番目のM殻には7個の電子が入るのです。

原子は皆、とても安定している第18族(希ガス)の電子配置にあこがれています。塩素原子が希ガスと同じ安定した電子配置になるには、最外殻のM殻にもう1つだけ電子が必要です。

そこでマイナスの電気を帯びた電子を1つ、自分以外のところから持ってきて、くっつけてしまいます。そうすると電子を1つ受け取る=マイナスの電気を1つ得る事で1価(電子1つ分)の陰イオン(マイナスの電気を帯びたイオン)になるのです。

最外殻の電子が7個であり、1価の陰イオンになりやすいという性質は、ハロゲンに共通の性質だという事を覚えておきましょう。

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イオンと電子配置には密接な関係があったんだな。原子は電子配置を安定したものにするため、電子を放出したり受け取ったりしてイオンになるんだな。

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