こんにちは。アセント学習塾の山田です。
中3の理科はイオンの単元を予習しています。
先週と今週はイオンの成り立ちと化学電池の仕組みについて説明しました。
イオンというのは、一つの原子や複数の原子のかたまりが、
電子を失ったり受け取ったりして、プラスやマイナスの電気を帯びたものです。
例えばナトリウム/Naは、電子を1個失ってナトリウムイオン/Na+になります。
また塩素/Clは、電子を1個受け取って塩化物イオン/Cl-になります。
中学校の理科では、原子は原子核と電子からできていると習いますが、
高校の化学基礎ではさらに、電子は電子殻という衛星軌道のようなものを
持っていると習います。
原子番号11のナトリウムの電子は、電子殻K殻に2個、L殻に8個、M殻に1個あり、
最外殻電子のM殻の1個が失われやすいので、Na+になります。
原子番号17の塩素の電子は、K殻に2個、L殻に8個、M殻に7個あり、
最外殻のM殻は8個で安定するので1個の電子を受け取って、CL-になります。
原子番号30の亜鉛の電子は、K殻に2個、L殻に8個、M殻に18個、N殻に2個あり、
最外殻電子のN殻の2個が失われやすいので、Zn2+になります。
ここまでは、文系生物IB選択の私でもわかります。
読んでいて「全く意味わからん……」と言う人は、また今度のブログネタをお楽しみに！
問題は、原子番号29の銅です。
K殻に2個、L殻に8個、M殻に18個、N殻に1個のはずですから、
銅イオンは電子を1個失ってCu+が安定のはず。
実際はCu+も存在するそうですが、中学理科ではCu2+が銅イオンと習います。
そこで検索でいろいろ調べてみました。
同じ疑問を持つ人はたくさんいまして、解答らしきものが書いてあるのですが、
大学レベルの答えっぽくて、私にはよくわかりませんでした。
M殻は正確には3s・3p・3d、N殻には4s・4p・4d・4fの電子軌道があって、
銅の場合、3sに2個、3pに6個、3dに10個、4sに1個の電子があって、
スピンのエネルギーがどうだとか
ヤーン・テラー効果で配位がこうだとか、もうわけがわからない。
元々の疑問は、中学理科のイオン化傾向だと（これも教科書の発展レベルですが）
ナトリウム＞マグネシウム＞アルミニウム＞亜鉛＞鉄＞銅＞銀
となっていて、亜鉛さえいなければ原子番号の順に並んでいるのになー、と思ったことです。
これも検索してみると、
イオン化傾向は電子を失いやすいかどうか、ではないらしいのですが、
よくわかりませんでした。
易しく説明できる方、どうかコメントをお待ちしております。