アルカリ土塁。 アルカリ金属の性質と覚え方 / 化学 by 藤山不二雄

アルカリ土類金属の性質と特徴

アルカリ土塁

水素 H以外の元素はアルカリ金属と呼ばれる。 【 アルカリ金属の単体】 アルカリ金属は 密度が小さく,軟らかく,融点の低い金属である。 価電子数が〔 1 〕(最外殻電子数が 1個)なので, 1価の〔 陽 〕イオンになりやすい。 そのため,反応性が大きく,色々なものと反応する。 そのためアルカリ金属の単体は〔 石油 〕中で保存する。 また,アルカリ金属やアルカリ土類金属および銅のイオンを炎の中に入れると,炎の色が元素特有の色になる。 反応は最外殻の電子のやり取りによって起こるので,アルカリ金属内ではより最外殻が外側にある Frが最も反応性が大きくなる。 それが元の状態に戻るときに余ったエネルギーを光として放出する。 それぞれの炎色反応の色は覚えておく。 陽性の強い原子(同族では原子番号が大きいほど強い)ほど電子を〔 放出 〕しやすいので,イオン化エネルギーは〔 小さく 〕なる。 つまり周期表上では〔 右上 〕にあるものほど大きくなる。 この結合では,原子が〔 価電子 〕を放出し,〔 陽イオン 〕となる。 このとき放出された電子は陽イオン間を自由に動き,陽イオンどうしを結びつけている。 この電子を〔 自由電子 〕という。 アルカリ金属では最外殻の 1個の電子が自由電子となる。 アルカリ金属の原子半径は, Li< Na< K<・・・なので,つぎのように自由電子による結合力は Li> Na> K>・・・となる。 融点は粒子の結合力が大きいほど高くなるので,融点は Li> Na> K>・・・となる。 ナトリウムの水酸化物である水酸化ナトリウム NaOHは半透明の固体である。 NaOHは水分をよく吸収するので,空気中に放置しておくと,空気中の水分をも吸収して,その水分で自らが溶けてしまう。 この性質を〔 潮解 〕性という。 ナトリウムの炭酸塩である Na 2CO 3は通常,結晶中に H 2Oを 10分子を含んでいて, Na 2CO 3・ 10H 2Oで示される。 この水を〔 水和水 〕という。 水和水は加熱などにより,結晶中から抜けるが, Na 2CO 3・ 10H 2Oは空気中に放置すると,自然に水和水が抜けて Na 2CO 3 ・ H 2Oとなり,結晶が崩れて粉末となる。 この性質を〔 風解 〕性という。 アルカリ金属の炭酸塩は安定で,加熱しても分解せず融解する。 炭酸水素ナトリウムは 加熱によって CO 2が発生するので,調理でベーキングパウダーに使われる。

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第2族元素(アルカリ土類金属など)

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(Be、Mg)とアルカリ土類金族である(Ca、Sr、Ba)は何が違う のかと言えば、原子の大きさが違います。 Beの最外殻電子はL殻、MgはM殻です。 これらは原子核から近いので、 電子と原子核のクーロン力(静電気的に+と-が引き合う力)が強いのです。 従って、陽性(電子を出す性質)が弱く、水とは反応しません。 Ca、Sr、Baは電子と原子核が遠いので、クーロン力が弱く、電子が とれやすく、陽性が強いので水と反応します。 ですから、水との反応性は周期表の下の原子ほど強いのです。 また、硫酸塩の溶解度も異なります。 アルカリ土類金属は比較的大きな原子で、2価の陽イオンになるので、 硫酸イオン SO42- と強いクーロン力(価数の積に比例します)で、 結晶となり水には溶けません。 Be、Mgも2価ですが、原子が小さい ので、結晶になったときに、硫酸イオンとのバランスが悪くなり、 硫酸イオンが接触して反発して不安定になりますので、水に溶けやすく なっています。 炎色反応については説明が非常に難しいです。 簡単にいうと、色(光の吸収や発光)というのは電子が軌道を移るときに 発生します。 そのときのエネルギー差が大きいほど波長の短い光(X線、紫外線) になり、エネルギー差が小さいと波長が長い光(可視光線、赤外線)になります。 そして、K殻、L殻、M殻、N殻のエネルギーの比は1:1/4:1/9:1/16 くらいです。 MgやBeはK、L、M殻にしか電子がなく、エネルギー差が大きい ので、可視光線の領域の光がでません。 これに対して、Ca、Sr、Baは M殻、N殻の電子があるので、エネルギー差が小さく可視光線の領域の光が 出るのです。 これには歴史的経緯があり、それを無視して語ることは出来ません。 また、「Be,Mgをアルカリ土類元素に含めない」「水素を金属に含めない」「12族元素を遷移元素に含めない」などは、教科書上、あるいはIUPAC上の定義であることを忘れてはいけません。 実際には、「Be,Mgをアルカリ土類元素に含める。 」「水素を金属に含める。 」「12族元素を遷移元素に含める。 」場合もあります。 アルカリ土類という名称は、その酸化物が水に溶かすと強酸性を示す土を構成する金属元素という元素グループに由来しますが、第2族元素の別名としてこの名称を使う立場では、ベリリウムやマグネシウムをアルカリ土類に含める場合もあります。 言い換えれば、よく似た性質の元素グループの名称として使用する場合は「アルカリ土類」とはしません。 この性質の違いは、すべての元素の性質の違いの由来と同じく、原子核を取り巻く核外電子の軌道や数によって表れます。 アルカリ土類元素とマグネシウム、ベリリウムの性質の違いは、当然この核外電子の違いによるものです。 内殻の電子軌道が増えるごとに、中央の原子核の影響が薄れてより金属的な形質を示すのは、すべての族に言えることで、2族だけが特殊なわけではありません。 ただ、ベリリウム・マグネシウムは酸素などと反応して強固な不働態皮膜を形成するために、カルシウム以降の第2族元素と性質が異なるため、アルカリ土類元素の名前の由来になった性質を示さないので、アルカリ土類元素に含めない。 というのが正しい解釈だと思います。 A ベストアンサー vikkyiさん、こんにちは。 「金属酸化物はイオン結合ではないのか?なぜ共有結合なのか?」というご質問については、まだ回答が得られていないようですね。 やさしいようで、よく考えると結構奥の深い質問のような気がしてきました。 edogawaranpoさんもご指摘のように、化学結合にはイオン結合と共有結合の中間的な結合もあります。 「共有結合性が高いイオン結合」などという言い方をすることもあります。 これがイオン結合ですよね。 共有結合は、最外殻電子の一部を2つの原子で共有することで互いの最外殻電子をいっぱいにする結合ですね。 水素分子H2のそれぞれの原子が2つの電子を共有している例がわかりやすいですね。 このあたりはご存知のことと思います。 ちょっと自信なしですが、イオン結合性と共有結合性の両方があるのではないでしょうか。 水に溶かしたとき、イオンに解離する率が高ければイオン結合性が高く、低い場合は共有結合性が高いと考えていいのでは?と思います。 解離定数は物質により違います。 (自信なしですので、念のためご自身で再度ご確認ください) 詳しい方、補足、訂正お願いします。 interq. html vikkyiさん、こんにちは。 「金属酸化物はイオン結合ではないのか?なぜ共有結合なのか?」というご質問については、まだ回答が得られていないようですね。 やさしいようで、よく考えると結構奥の深い質問のような気がしてきました。 edogawaranpoさんもご指摘のように、化学結合にはイオン結合と共有結合の中間的な結合もあります。 「共有結合性が高いイオン結合」などという言い方をすることもあります。 A ベストアンサー 定義という訳ではありませんが,「化学辞典」(東京化学同人)に基づくと,「アルカリ土類金属」とは『周期表2族のうち,カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr),バリウム(Ba),ラジウム(Ra)の4元素の事』だそうです。 これらを何故アルカリ土類金属と呼ぶのかですが,『Ca, Sr, Ba の酸化物を,アルカリ(アルカリ金属酸化物,水酸化物)と"土"(酸化アルミニウムの様に水に溶けず,火でも融けない土の様なもの)との中間の性質を示す事に基づいて,アルカリ土と称した事に基づいている』そうです。 で,問題のベリリウムとマグネシウムですが,お書きの様に他の2族元素と性質が異なる点があるため「アルカリ土類金属」に入れない事が多い様ですが,「アルカリ土類金属」に含める場合もある様です。 その高校生の質問に対する答えとしては「他の2族元素と性質が異なるから」と言った処でしょうか。 A ベストアンサー 難しい話は、抜きにして説明します。 A ベストアンサー まず、金属の融点はざっくり言えば結合を構成する電子の数で決まります。 アルカリ金属は完全に閉殻したアルカリ金属イオンを原子1個あたり1個の電子で 繋いでいるような形になっています。 これに対して、その隣のアルカリ土類金属では 原子1個あたり2個の電子が繋いでいます。 そのため、アルカリ土類金属はアルカリ金属より 融点が高くなっています。 また、金属原子の半径が大きくなると最外殻の電子軌道の 電子密度が下がり、結合が弱くなるために融点が下がる傾向があります。 例外有り 融点が高い金属は遷移金属元素に多く見られますが、これは遷移金属のd軌道の 電子が多いために結合が強くなりやすいという理由が挙げられます。 もうひとつの理由として、 このd軌道というのは電子が密集した部分とまばらな部分があり、隣接する原子の 電子が密集した部分同士で結合を作ることによって、結合の電子密度が上がります。 これによって遷移金属の中でも、特に6族元素の周辺は高い融点を示します。 d軌道の電子が増えて閉殻に近づく 11族周辺 と、今度はd軌道内で電子対を作れるように なるので金属結合に使われる電子が減少し、融点が低くなってくる傾向にあります。 13~15族の典型金属元素も同様に、p軌道の電子が増えて閉殻に近づくために 結合に使われる電子の数が減って融点が下がる傾向があります。 ただし、例外が2つあります。 長い結合は切れやすいため、低い融点を示す原因になっています。 水銀や原子番号が1小さい金は、相対論効果という現象によって特殊な性質を示します。 光速に近い速さで運動する物体の質量は相対論によって増大するため、 電子の質量は増大します。 質量の増大によって、本来電荷のみによって収縮する以上に 軌道が収縮し、s軌道の電子は原子の内側に隠れてしまうことになります。 さて、水銀の電子配置は [Xe] 4f14 5d10 6s2 ですが、このうち最も外側にあるはずの 6s軌道の電子が内側に隠れてしまうため、水銀の最も外側にある電子軌道は 4f軌道と5d軌道になります。 そしてこの軌道は両方とも閉殻しているために、 自由電子を出すことができず、原子間の引力が極めて弱い 希ガスに近い ために 水銀は常温で液体、しかも沸点も異常に低いという非常に珍しい性質を示します。 余談ですが、水銀よりも原子番号が1小さい金は、希ガスに似た性質である水銀から 電子を1個剥ぎ取った電子構造をしています。 そのため、ハロゲンに似た性質を示します。 さらに電子を放出しやすい金属であるセシウムを金と1:1で混ぜて融解すると 合金ではなく、金化セシウムというイオン性の化合物を生じます。 まず、金属の融点はざっくり言えば結合を構成する電子の数で決まります。 アルカリ金属は完全に閉殻したアルカリ金属イオンを原子1個あたり1個の電子で 繋いでいるような形になっています。 これに対して、その隣のアルカリ土類金属では 原子1個あたり2個の電子が繋いでいます。 そのため、アルカリ土類金属はアルカリ金属より 融点が高くなっています。 また、金属原子の半径が大きくなると最外殻の電子軌道の 電子密度が下がり、結合が弱くなるために融点が下がる傾向があります。 例外有り 融点が高い... A ベストアンサー 実際に試したわけではありませんので、予想を書かせていただきます。 ということになれば、単なる水の加水分解が起こるだけのように思われます。 また、現実問題として、重曹の溶解度と電離度は高くないために、重曹水溶液の電気分解は効率的ではないようです。 なお、熱分解とは全く別の反応ですの、比較するのはあまり意味がないように思います。 参考URLに「電気パン焼き」の話が出ており、そこで重曹やその他の電解質の効果について述べられています。 本件と直接の関係は薄いかもしれませんが、重曹の効果に関する考察も少し述べられています。 kyoto-inet. html 実際に試したわけではありませんので、予想を書かせていただきます。 ということになれば、単なる水の加水分解が起こるだけのように思われます。 9 : 11と,明らかに水和エネルギーの寄与が大きくなりますね. したがって,イオン半径比が大きいほど(両方のイオン半径の差が大きいほど),水和エネルギーの寄与が大きくなって,溶解しやすくなります. 一方,イオン半径が共に小さいと,格子エネルギーも水和エネルギーも大きくなって,溶解熱はそれほど変化しません.例えば,陽イオン,陰イオン半径が共に1. A ベストアンサー 学生実験で行いました。 以下のURLのようにピクノメーターを使用しました。 さて、hajime40さんの回答で十分だとは思いますが念のため。 水は極性分子なので、水素結合によりその体積を最小にしようというように分子同士が引き合っています。 逆に熱運動により離れようとしています。 水に溶けるとは「水和する」ことです。 物質のイオンや極性の部分が水の極性分子との静電気的な力で引き合い、水分子内に入り込む状態です。 メタノールは水よりも大きな分子ですが、CH3-OHのメチル基(CH3-)部位は極性がありません。 ヒドロキシル基(OH- 部分に極性があり、ここが親水基となります。 酸素原子は電気陰性度が高く電子を吸引するので部分的にマイナスとなっています。 水素部分は逆にプラスとなっています。 アルコールのヒドロキシル基の部分に水素結合で水分子が集まっている状態です。 疎水基のメチル基の部分はアルコールの疎水基のみと分子間力で集合します。 かなり、まばらな状態にあるアルコール分子(疎水基の影響で)の中に水分子が入り込む状態がおわかりでしょうか。 sci. utsunomiya-u. html 学生実験で行いました。 以下のURLのようにピクノメーターを使用しました。 さて、hajime40さんの回答で十分だとは思いますが念のため。 水は極性分子なので、水素結合によりその体積を最小にしようというように分子同士が引き合っています。 逆に熱運動により離れようとしています。 水に溶けるとは「水和する」ことです。 物質のイオンや極性の部分が水の極性分子との静電気的な力で引き合い... A ベストアンサー こんにちは。 まず、キサントプロテイン反応その物の原理は御存じでしょうか? ページの中ほどの「キサントプロテイン反応」の項目をご覧ください。 water. sannet. htm それから、アンモニアを色がオレンジになるというやつですが、何もアンモニアである必要はありません。 アルカリ性なら何でもよく、ベンゼン環にニトロ基が付いた物質 芳香族ニトロ化物 はアルカリ性になると色がオレンジ色になる性質があるからです。 フェノールフタレインなどがアルカリ性で赤くなるのと同じ様な理屈です。 まとめますと、キサントプロテイン反応は、タンパク質の中にあるベンゼン環を持つアミノ酸と濃硝酸が反応して、そのベンゼン環にニトロ基が付く反応です。 このニトロ化したベンゼン環はそれ自体が黄色っぽい色を持ちますが、アルカリ性にするとオレンジ色になるという事です。 これはpHによって色が変わる性質の為で、中和するなどで元のpHに戻すとオレンジはまた黄色になります。 water. sannet. htm こんにちは。 まず、キサントプロテイン反応その物の原理は御存じでしょうか? ページの中ほどの「キサントプロテイン反応」の項目をご覧ください。 water. sannet. htm それから、アンモニアを色がオレンジになるというやつですが、何もアンモニアである必要はありません。 アルカリ性なら何でもよく、ベンゼン環にニトロ基が付いた物質 芳香族ニトロ化物 はアルカリ性になると色がオレンジ色になる性質があるからです。 フェノー...

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アルカリ土類金属の性質と特徴

アルカリ土塁

Contents• アルカリ土類金属とは Be、Mg以外の二族金属(Ca、Sr、Ba、Ra)を アルカリ土類金属と呼ぶ。 いずれも価電子を2個持ち、2価の陽イオンになりやすい。 BeとMgがアルカリ土類金属に入らないのは、この2つの元素だけ異なる他二族元素と異なる性質を持つためである。 しかし、広義においてBe、Mgを含む二族全体をアルカリ土類金属と呼ぶこともある。 広義には第2族元素とアルカリ土類金属とは言いかえて使用される。 名前の由来 アルカリ金属の塩は全て水に溶けるのに対して、 アルカリ土類金属のイオンは2価以上の陰イオン(SO 4 2-など)と水に不溶性の塩を作りやすい。 これはイオンの価数が大きいほど強いクーロン力が働き、水に対する溶解度が低下するためだと考えられる。 アルカリ土類金属の塩が水に溶けにくく、熱にも強い性質を持っていることから「土類」という名称が付けられたとされている。 調べていくと、色々な由来があって混乱するが、もう1つ説を紹介したい。 要約すると、1族をアルカリ金属、3族を土類と呼んでいたため、その中間である2族はアルカリ土類金属と呼ぶとのことである。 3族のスカンジウム、イットリウム、ランタン、アクチニウムを総称して土類元素といいます。 また同じ3族に属する遷移元素の一群ランタノイドを希土類ともいいます。 つまり「土類」とは3族元素のことなのです。 もともと13族元素(短期周期表3族b元素)であるアルミニウムの酸化物(酸化アルミニウム)に似た酸化物が「土」とよばれたことに由来します。 2族元素をアルカリ土類金属とよぶのは、カルシウム、ストロンチウム、およびバリウムの酸化物の性質が、1族のアルカリ金属の酸化物と、3族の土類元素の酸化物との、ちょうど中間にあることからです。 カルシウム、ストロンチウム、およびバリウムの酸化物を アルカリ土 と昔呼んでいたのですね。 塩酸には可溶であり、CO 2が生じる。 これは弱酸の遊離反応であり、炭酸H 2CO 3が生じるが、すぐに分解してCO 2とH 2Oになる。

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