通常の化学反応では、各原子の核（したがって元素の同一性）は変わらない。, しかしながら、電子は、他の原子からの移動によって原子に加えられるか、他の原子への移動によって失われるか、または他の原子と共有され得る。 原子間の電子の移動と共有は、元素の化学を支配する。 いくつかの化合物の形成中に、原子は電子を得たり失ったりして、イオンと呼ばれる荷電粒子を形成します（図1）。

あなたは、原子がアニオンまたはカチオンを形成するかどうかを予測するために周期表を使用することができ、あなたはしばしば得られたイオン, 多くの主族金属の原子は、先行する希ガスの原子と同じ数の電子でそれらを残すのに十分な電子を失う。 説明すると、アルカリ金属（グループ1）の原子は一つの電子を失い、1+電荷を持つカチオンを形成し、アルカリ土類金属（グループ2）は二つの電子を失い、2+電荷を持つカチオンを形成するなどである。 例えば、20個の陽子と20個の電子を持つ中性カルシウム原子は、容易に二つの電子を失う。 これにより、20個の陽子、18個の電子、および2+電荷を有する陽イオンが得られる。, これは、先行する希ガス、アルゴンの原子と同じ数の電子を有し、\text{Ca}^{2+}で表される。 金属イオンの名前は、それが形成される金属原子の名前と同じであるため、\text{Ca}^{2+}はカルシウムイオンと呼ばれます。

非金属元素の原子がイオンを形成するとき、それらは一般に、周期表の次の希ガスの原子と同じ数の電子を与えるのに十分な電子を得る。 第17族の原子は一つの電子を得て1電荷を持つアニオンを形成し、第16族の原子は二つの電子を得て2電荷を持つイオンを形成するなどしている。, 例えば、35個の陽子と35個の電子を持つ中性臭素原子は、36個の電子を提供するために一つの電子を得ることができます。 これにより、35個の陽子、36個の電子、および1−電荷を有する陰イオンが得られる。 それは次の希ガス、クリプトンの原子と同じ数の電子を持ち、\text{Br}^{-}と記されています。 （イオン形成のためのこれらの予測規則に反映された希ガス電子数の好ましい状態を支持する理論の議論は、このテキストの後のモジュールで提供さ,)

周期表がイオン生成と電荷の可能性を予測する上で有用であることに注意してください(図2)。 周期表の左端から右に移動すると、主群元素は群数に等しい電荷を持つ陽イオンを形成する傾向があります。 すなわち、第1族元素は1+イオンを形成し、第2族元素は2+イオンを形成するなどである。 周期表の右端から左に移動すると、元素はしばしば希ガスから左に移動した基の数に等しい負電荷を有する陰イオンを形成する。, 例えば、第17族元素（希ガスの左の一つのグループ）は1−イオンを形成し、第16族元素（左の二つのグループ）は2−イオンを形成するなどである。 この傾向は、多くの場合、ガイドとして使用することができますが、周期表の中心に向かって移動すると、その予測値が減少します。 実際、遷移金属および他のいくつかの金属は、しばしば、表中のそれらの位置によって予測できない可変電荷を示す。 例えば、銅は1+または2+電荷を有するイオンを形成することができ、鉄は2+または3+電荷を有するイオンを形成することができる。

図2., いくつかの元素はイオンを形成するときに規則的なイオン電荷パターンを示す。

これまで議論してきたイオンは単原子イオンと呼ばれ、つまり一つの原子だけから形成されたイオンです。 また、多くの多原子イオンも見つかります。 離散単位として作用するこれらのイオンは、電荷を帯びた分子（全体の電荷を有する結合原子のグループ）である。, より重要な多原子イオンのいくつかを表1に示します。 オキシアニオンは、一つ以上の酸素原子を含む多原子イオンである。 化学のあなたの研究のこの時点で、あなたは最も一般的な多原子イオンの名前、式、および電荷を記憶する必要があります。 あなたはそれらを繰り返し使用するので、彼らはすぐに馴染みます。

化合物内で原子またはイオンを一緒に保持する引力の性質は、化学結合を分類するための基礎である。 電子が移動し、イオンが形成されると、イオン結合が生じる。, イオン結合は、引力の静電気力、すなわち、反対の電荷（この場合、陽イオンおよび陰イオン）の物体の間で経験される引力である。 電子が”共有”され、分子が形成されると、共有結合が生じる。 共有結合は、結合した原子の正に帯電した核と原子の間に位置する電子の一つ以上のペアとの間の引力である。 化合物は、それらに存在する結合に基づいて、イオン性または分子性（共有結合）として分類される。,

イオン性化合物

電子を失いやすい原子（金属）からなる元素が、電子を得やすい原子（非金属）からなる元素と反応すると、通常、電子の移動が起こり、イオンを生成する。 この移動によって形成された化合物は、化合物中に存在する反対の電荷のイオン間の静電引力（イオン結合）によって安定化される。, 例えば、金属ナトリウム（グループ1）の試料中の各ナトリウム原子が一つの電子を与えてナトリウムカチオンNa+を形成し、塩素ガス（グループ17）の試料中の各塩素原子が一つの電子を受け入れて塩化物アニオンを形成すると、得られた化合物NaClは、各Cl−イオンに対する一つのNa+イオンの比率でナトリウムイオンと塩化物イオンからなる。 同様に、各カルシウム原子（グループ2）は二つの電子を与え、二つの塩素原子のそれぞれに一つを移動させてCaCl2を形成することができ、これはCa2+とCl−イオンからなるCa2+イオンと二つのCl−イオンの比で構成される。,

イオンを含み、イオン結合によって一緒に保持される化合物は、イオン化合物と呼ばれる。 周期表は、私たちがイオン性である化合物の多くを認識するのに役立ちます：金属が一つ以上の非金属と組み合わされると、化合物は通常イオン性で このガイドラ しかし、それは必ずしも真実ではありません（例えば、塩化アルミニウム、AlCl3はイオン性ではありません）。

あなたはしばしばその性質のためにイオン性化合物を認識することができます。, イオン性化合物は、典型的には高温で溶融し、さらに高い温度で沸騰する固体である。 例えば、塩化ナトリウムは801℃で溶融し、1413℃で沸騰する（比較として、分子化合物の水は0℃で溶融し、100℃で沸騰する）固体では、イオン化合物はイオンが流れることができないため電気的に導電性ではない（”電気”は荷電粒子の流れである）。 しかし、溶融すると、そのイオンは液体中を自由に移動することができるので、電気を伝導することができます（図3）。

図3., 塩化ナトリウムは801℃で溶融し、溶融すると電気を伝導する。 （credit：Mark BlaserとMatt Evansによる作品の修正）

すべてのイオン性化合物において、陽イオンの正電荷の総数は陰イオンの負電荷の総数に等しい。 したがって、イオン性化合物は、正イオンと負イオンを含んでいても、全体的に電気的に中性です。 この観察を使用して、イオン性化合物の式を書くのに役立ちます。 イオン性化合物の式は、正電荷と負電荷の数が等しくなるようなイオンの比率を持たなければならない。,

例3:イオン性化合物の式の予測

宝石用サファイア(図4)は、主にアルミニウムと酸素の化合物であり、アルミニウム陽イオンAl3+と酸素陰イオンO2−を含む。 この化合物の式は何ですか？

図4. 純粋な酸化アルミニウムは無色ですが、微量の鉄とチタンがブルーサファイアに特徴的な色を与えます。, (credit:modification of work by Stanislav Doronenko)

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イオン性化合物は電気的に中性でなければならないため、正と負の電荷が同じ数でなければなりません。 3+の電荷を持つ二つのアルミニウムイオンは、私たちに六つの正電荷を与え、2−の電荷を持つ三つの酸化物イオンは、私たちに六つの負電荷を与える 式はAl2O3になります。,

あなたの学習を確認してください

ナトリウムカチオン、Na+、および硫化アニオン、S2−の間に形成されたイオン化合物の式を予測します。

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Na2S

分子化合物

多くの化合物はイオンを含まず、離散的な中性分子のみで構成されています。 これらの分子化合物（共有結合化合物）は、原子が電子を移動（利得または損失）するのではなく共有するときに生じる。 共有結合は化学における重要かつ広範な概念であり、このテキストの後のモジュールでかなり詳細に扱われます。 我々は、多くの場合、その物性に基づいて分子化合物を同定することができます。, 通常の条件下では、分子化合物はしばしば気体、低沸点液体、および低融点固体として存在するが、多くの重要な例外が存在する。

イオン性化合物は、通常、金属と非金属が結合すると形成されるのに対し、共有結合性化合物は、通常、非金属の組み合わせによって形成される。 したがって、周期表は、共有結合している化合物の多くを認識するのに役立ちます。, 我々は、化学の我々の研究では、この時点でイオンまたは共有結合であるかどうかを予測するために周期表中の化合物の元素の位置を使用することができますが、これは興味深い例外の数を考慮していない非常に単純なアプローチであることに注意する必要があります。 イオン性化合物と分子化合物の間には灰色の色合いが存在し、後でそれらについてもっと学びます。,