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塩酸に水酸化ナトリウムの水溶液をくわえて中和させると塩として、塩化ナトリウム（食塩）ができることがわかりました。

この塩のでき方について、もう少しくわしく調べてみます。

中和によってできる塩

酸の水素イオンと塩基の水酸イオンがむすびついて中和反応をおこすときに酸の陰イオンと塩基の陽イオンとから塩ができます。

したがって、中和する酸と塩基の種類によってできる塩の種類は違ってきます。

塩酸と水酸化ナトリウムから塩化ナトリウムができるほか硝酸と水酸化カリウムから硝酸カリウムが硫酸と水酸化ナトリウムから硫酸水素ナトリウムや硫酸ナトリウムができます。

これらの塩は、中和のときに残された陽イオンと陰イオンが組みあわさってできるのです。

したがって、塩とは、酸の水素イオンをほかの陽イオンでおきかえた物質、または塩基の水酸イオンをほかの陰イオンでおきかえた物質ということもできます。

塩のいろいろなでき方

私たちの身の周りには、たくさんの塩がみられます。
たとえば、海水中には塩化ナトリウムをはじめ塩化マグネシウム・硫酸マグネシウムなどの塩がふくまれています。

中和のときの塩は残された陽イオンと陰イオンのむすびつきによってできることがわかりました。

ところが、中和でできた物質ではなくて成分や性質が塩とよくにた物がたくさんあります。

このような物質も、広い意味で塩とよんでいます。
この広い意味での塩について、でき方を調べてみましょう。

酸性酸化物と塩基性酸化物

二駿化炭素を水に溶かすと、炭酸ができます。
また、三酸化イオウを水に溶かすと、硫酸ができます。
同じように、酸化物の中には水に溶けて酸になる物がいろいろあります。

このような、水に溶けると酸になる酸化物を、無水酸といいます。

いっぽう、酸化ナトリウムを水に溶かすと水酸化ナトリウムができ酸化カルシウムを水に溶かすと水酸化カルシウムができます。

このような、水に溶けると塩基になる酸化物を、無水塩基といいます。

酸や塩基のかわりに、これらの無水酸や無水塩基を使っても、塩ができます。

たとえば、左の式のように、酸と無水塩基、無水酸と塩基無水酸と無水塩基からも、それぞれ塩ができます。

酸化物のなかには、水に溶けにくいため酸にはならないけれど、②、③式の三酸化イオウと同じはたらきをもっものがあります。

このような酸化物と三酸化イオウのような無水酸を、まとめて酸性酸化物といいます。

酸性酸化物には、三酸化イオウのほかに、二酸化炭素のに・五酸化リン・二酸化ケイ素などがあります。

同じように、①、③式の酸化ナトリウムのようなはたらきをする酸化物や無水塩基を、塩基性酸化物といいます。

これには、酸化ナトリウムのほかに酸化カルシウム・酸化第一鉄・酸化マグネシウムなどがあります。

また、酸化物の中には、酸性酸化物としてはたらいたり塩基性酸化物としてはたらいたりする物質があります。

このような酸化物を、とくに両性酸化物といいます。
酸化アルミニウムはこの例で上の式①は酸性酸化物としてはたらいた例、②式は塩基性酸化物としてはたらいた例です。

このような物には、酸化アルミニウムとのほかに酸化亜鉛・酸化第二鉄などがあります。

このように、塩は、いろいろな酸化物の組みあわせとしてもえられます。

ほとんどの岩石やガラス・セメソトなどはこのような酸化物の組みあわせでできた塩です。

酸と金属

酸は、金属にたいしてもはたらいて反応します。
この場合は、金属の陽イオンと酸の陰イオンが残ります。

たとえば、亜鉛と塩酸の場合には溶液中に、亜鉛イオンと塩素イオンとが残り、銅と硫酸の場合には銅イオンと硫酸イオンが残ります。

これは、酸の水素イオンに、金属の陽イオンがおきかわったということつまり塩ができたことです。

このように、酸と金属からも、いろいろな塩ができます。

塩基と金属

アルミニウムや亜鉛は、水酸化ナトリウムの水溶液に水素を発生してとけます。

このときできるアルミン酸イオンや亜鉛酸イオンはナトリウムイオンといっしょになってアルミン酸ナトリウムや亜鉛酸ナトリウムなどの塩をつくります。

このように、塩基と金属とからも、いろいろな塩ができます。

塩の複分解

複分解は、塩と塩とから新しい塩ができる反応です。
つまり、塩と塩とからも塩ができるのです。

たとえば、上の式のように、炭酸水素アンモニウムと塩化ナトリウムとから、ナトリウムとアンモニウムが入れかわる複分解がおきて、炭酸水素ナトリウムと塩化アンモニウムができます。

この反応は、アンモニアソーダ法によって、炭酸水素ナトリウムをつくるときに使われています。

これまで、いろいろな酸や塩基についてその性質や用途を調べてきましたがここでは、酸と塩基がおこす中和反応や中和によってできる塩についてもっとくわしく調べてみましょう。

塩酸と水酸化ナトリウムの中和

うすい塩酸とうすい水酸化ナトリウム水溶液でつぎのような実験をしてみましょう。

実験

まずビーカーにうすい塩酸を10立方センチぐらい入れこれにうすい水酸化ナトリウム水溶液を少しずつくわえていきます。

水酸化ナトリウム水溶液を少し入れるたびに、青色リトマス紙を使ってこの液が酸性か塩基性かを調べます。

この液は、水酸化ナトリウム水溶液をくわえるにしたがってだんだん酸性が弱くなり、ついには、青色リトマス紙では、色がかわらなくなり赤色リトマス紙が青くかわるようになります。

今度は、うすい塩酸を少しずつくわえながら赤色リトマス紙で試します。
赤色リトマス紙を使っても、青色リトマス紙を使っても紙の色がかわらなくなったら液が酸性でも塩基性でもなくなったわけです。

この実験で、塩酸と水酸化ナトリウムの順序を加えても結果は同じです。

このように、酸と塩基が作用しあってお互いの性質を打消しあうような反応を中和反応といいます。

中和反応は、塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の場合だけでなくいろいろな酸と塩基のあいだでもおこります。

中和の仕方

中和について考えるまえに、もういちど酸と塩基の性質を思いだしてみましょう。

酸とは、水素イオンをつくりだす物質であり酸性とは、水素イオンがもっている性質です。

塩基とは、電離によって水酸イオンをつくりだす物質であり塩基性とは、水酸イオンのもっている性質です。

塩酸は、水とはたらきあって、左の①式のように、完全に電離して水素イオンと塩素イオンに分かれています。

また、水酸化ナトリウムも、水の中ではほぼ完全に電離して②式のようにナトリウムイオンと水酸イオンとに分かれています。

そして、塩酸に水酸化ナトリウム水溶液をくわえていると塩酸が電離してできている水素イオンと水酸化ナトリウムが電離してできている水酸イオンがむすびついて上の式のように水ができます。

ですから塩酸の中の水素イオンは水酸化ナトリウム水溶液によってできた水酸イオンの数だけ減り溶液の酸性は、だんだん弱められていきます。

もし水酸化ナトリウムの溶液をさらにくわえていくと水素イオンよりも水酸イオンの数のほうが多くなって水素イオンの性質はうちけされ、水酸イオンの性質だけか残ります。

そのため、溶液は塩基性をしめすようになります。

水酸化ナトリウムの溶液に、塩酸を入れていく場合にも水酸イオンと水素イオンの反応によって水ができます。

水酸化ナトリウム水溶液の水酸イオンは塩酸の水素イオンの数だけ減って、塩基性は弱められついには、水素イオンの数のほうが多くなって酸性をしめすようになります。

したがって中和ということは、つぎのようにいいあらわすこともできます。

中和とは、酸と塩基がはたらきあい水素イオンと水酸イオンがむすびついて水にかわるために、お互いの性質を打消しあうことです。

つまり、中和は、酸と塩基とが、直接はたらきあうのではなく酸が電離してできた水素イオンと塩基が電離してできた水酸イオンが反応して水になる変化なのです。

このとき、水素イオソの相手だった酸の陰イオン（塩酸の場合には塩素イオン）と水酸イオソの相手だった塩基の陽イオン（水酸化ナトリウムの場合にはナトリウムイオン）は、そのままなんの変化もせずに、水溶液中に残ります。

つまり、中和が進むにつれて、この溶液は塩化ナトリウム（食塩）の水溶液と同じ成分になっていくわけです。

ですから、塩酸と水酸化ナトリウムの水溶液とを塩素イオンとナトリウムイオンとがちょうど同じ数だけ残るようにまぜあわせると塩化ナトリウムの水溶液になってしまいます。

このように混ぜ合わせることを塩酸と水酸化ナトリウムを当量に使って中和したといいできた塩化ナトリウムを塩といいます。

水酸化ナトリウムの性質

水酸化ナトリウムは、白色のもろい固体で比重2.13、融点は318.4℃です。
水に非常によく溶けて、そのとき熱をだします。

水溶液は強い塩基性をしめしますがこれは、水に溶けた水酸化ナトリウムが水の中ではナトリウムイオンと水酸イオンとに、ほぼ完全に電離しているからです。

また水酸化ナトリウムは空気中の水分を吸ってべとべとになる性質があります（潮解性）。

さらに、空気中の二酸化炭素をよく吸い炭酸ナトリウムになる性質があります。

それで、固体の水酸化ナトリウムをつめた瓶に空気などの気体を通すとその気体にふくまれる水分や二酸化炭素を取り除くことができます。

水酸化ナトリウムの水溶液は、酸と中和反応をおこすほかアルミニウムや亜鉛などの金属を溶かして、水素を発生します。

このときの溶け方は、酸の場合とは少し違っています。

アルミニウムや亜鉛は、そのままイオンになってとけるのではなく上の式のようにそれぞれアルミン酸イオンや亜鉛酸イオンなどになって溶けるのです。

また水酸化ナトリウムは、たんぱく質を溶かします。
そのため、毛や毛糸につくとこれを傷めます。

また、皮膚につくとぬるぬるとした感じがするのも、このためです。

水酸化ナトリウムが毛や毛糸・皮ふなどについたときには酢酸など弱酸のうすい水溶液で洗うとよいでしょう。

油に水酸化ナトリウムを作用させるとふつうでは水に溶けない油が、水に溶けるようになります。

これは、水酸化ナトリウムの作用で油がセッケンにかわったためです。

このように、水酸化ナトリウムと油脂とからセッケンができる作用をケン化作用といいます。

水酸化ナトリウムの用途

水酸化ナトリウムは、非常に重要な工業薬品で水酸化ナトリウムを使わない化学工業はないといってもよいほどです。

レーヨン（人造絹糸）の製造に多量に使われるほか製紙・アルミニウムの製造、染料・セッケンの製造および石油精製に使われています。

濃い酸のはたらき

うすい酸のはたらきを調べたときと同じようにして濃硫酸や濃塩酸のはたらきを調べてみましょう。　

濃硫酸と濃塩酸は、どちらも取扱いには、充分注意しましょう。

亜鉛・鉄・スズ・銅を濃い酸に入れた場合いの結果をまとめるとつぎのようになります。

①　亜鉛・鉄・スズは、水素を発生して濃塩酸に溶けます。
スズは、濃硫酸にほとんど溶けません。

②　銅は、濃塩酸には溶けませんが、濃硫酸にはゆっくり溶けます。
亜鉛・鉄も溶けます。

このとき発生する気体には、刺激臭があります。
それは、この気体に二酸化硫黄がふくまれているからです。

濃硫酸との反応は、温度が低いとはっきりしませんが加熱するとよくわかります。

いっぽう、銅は、濃塩酸には溶けませんが濃硫酸には、二酸化硫黄を発生して溶けます。

濃塩酸の場合の反応は、希塩酸のときとまったく同じですが、濃硫酸の場合に、反応のしかたが少し違います。

まえに述べたように、硫酸は強い酸化力をもっています。
その性質は希硫酸ではあまりあらわれませんが濃硫酸では強くあらわれてきます。

たとえば、銅を濃硫酸に入れると銅の表面はすぐに酸化されて、図の①式のように酸化第二銅になります。

このとき、硫酸自身も変化して、二酸化硫黄を発生します。

こうしてできた酸化第二銅は、すぐに酸が電離してできている水素イオンと作用して、②式のように第二銅イオンとなって水に溶けます。

硝酸も．硫酸と同じように、非常に酸化力が強いのでもともと酸に溶けない銅や銀などの金属を酸化銅や酸化銀などの酸化物にかえて溶かしてしまう性質をもっています。

王水

銅や銀は、濃硝酸を使って酸化物にして溶かすことができますが金や白金は、硝酸の酸化力では酸化することができません。

ところが、濃硝酸と濃塩酸を1対3の割合でまぜた液を使うと金や白金も溶かすことができます。

この混合液を王水といいます。
王水の中には、硝酸と塩酸が化合して塩化ニトロシルという、非常に酸化力の強い化合物ができこれが、金や白金を塩化物にかえるはたらきをしてこの塩化物が塩酸に溶けるのです。

金属酸化物への酸のはたらき

濃い酸のはたらきで調べたように、イオン化傾向が小さくてそのままでは酸に溶けない金属でも、酸化剤で酸化物にかえると溶けるようになります。

つまり、金属の酸化物は、金属そのものよりも水素イオンと反応しやすいわけです。

この金属の酸化物と酸の反応について、もう少しくわしく調べてみましょう。

酸化第二銅に硫酸が作用する場合を考えてみます。
酸化第二銅は．硫酸が電離してできた水素イオンと反応して、上の①式のように、第二銅イオンになります。

硫酸は完全に電離して、水素イオンと硫酸水素イオンになりさらに硫酸水素イオンの一部は水素イオンと硫酸イオンとに電離しています。

酸化第二銅と硫酸との反応をまとめると②式のようにあらわすことができます。

この溶液をに詰めると、銅イオンと硫酸イオンとがむすびついて、硫酸銅の結晶ができます。

酸化第二銅は、塩基ではありませんが、この変化は酸と塩基の中和反応によくにています。

それで、中和反応でできる物質を塩というように硫酸銅を銅の硫酸塩といいます。

このように、金属の酸化物を酸に溶かすと金属とその酸の塩ができます。

純水の電離

純粋な水も、ごくわずかですが水素イオンと水酸イオンとに電離しています。

この場合、水1分子から水素イオンと水酸イオンが1つずつできるので水素イオンと水酸イオンの数は等しくなります。

このことを、水素イオンの濃度と水酸イオンの濃度が等しいといいます。

水素イオンの濃度と水酸イオンの濃度とが等しいときには酸性と塩基性が、互いに打ち消しあうのでどちらの性質もあらわれません。

ところが、純粋な水に酸を加えると酸の電離によって、水素イオンが増えるので水素イオンの濃度が水酸イオンの濃度より大きくなります。

そのため、溶液は酸性をしめすようになります。
また、純粋な水に塩基を加えると逆に、水酸イオンの濃度が水素イオンの濃度より大きくなって溶液は塩基性をしめすようになります。

水素イオン濃度と水酸イオン濃度の関係

水素イオン濃度と水酸イオン濃度とのあいだにはいっぽうが増えるるといっぽうは減るという関係があります。

そして、その関係は、いっぽうが倍になるといっぽうは半分になるという、規則正しいものです。

つまり、水素イオン濃度と水酸イオン濃度をかけあわせたものはいつも一定になるわけです。

このことは、水素イオン濃度を「H⁺]、水酸イオン濃度をOH^–]であらわすと上の式のようになります。

この式からもわかるように、水素イオン濃度が決まるとひとりでに水酸イオン濃度も決まっててしまい
どちらかいっぽうの濃度だけをかえることはできません。

つまり、酸性・塩基性の強さは、水素イオン濃度だけであらわすことができます。

酸化と還元

今までは、酸化と還元について別々に考えてきましたがここで酸化・還元をまとめて考えてみましょう。

かんたんな例として、炭素が燃える場合を考えてみましょう。

炭素原子の原子価は0、二酸化炭素になったときは炭素の原子価は4です。
すなわち、炭素は原子価0から4に増えて酸化されたことになります。

酸素は、反応するまえは電気的に中性で原子価は0二酸化炭素になったときは　一2価にかわります。

つまり、酸素は0から-2価に原子価が減ったことになりこれはすなわち酸素が還元されたことにほかならないのです。

このように、酸化と還元はいつも同時に起こるものです。
一方が酸化されているときにはもう一方は必ず還元されています。

いろいろな酸化・還元反応について自分で考えてみてください。

酸化・還元とイオン

すでに述べたように酸化は原子の＋電気が増えること、あるいは－電気が減ることであり、還元は＋電気が減ることあるいは－電気が増えることです。

原子は原子核の周りに－電気をおびた電子という粒がとりまいている形をしています。

その電子が増えたり、減ったりすると原子は－電気をおびたり＋電気をおびたりします。

原子が電気をおびた状態にあるものをイオンといいます。

こうして見ると、原子が＋イオンになることは酸化であり－イオンになることは還元であるということができます。

また、反対に＋イオンが原子になることは還元であり－イオンが原子になることは酸化です。

酸化・還元と電気分解

酸化・還元とイオンの関係を電気分解について考えてみましょう。

食塩の水溶液はナトリウムイオンと塩素イオンに分かれています。
これを電気分解すると、塩素イオンは陽極（プラス極）に引かれ
そこで電子を陽極にわたして塩素原子となり、これが2個で塩素分子になります。

つまり、塩素イオンは酸化されたわけです。
ナトリウムイオンは陰極（一極）に引かれますが
水が電離してできた水素イオンのほうが電子をもらいやすい性質をもっているので
電子をもらって水素原子となり、これが二個で水素分子になります。

つまり水素イオンは還元されたのです。
ナトリウムイオンは、食塩水の中に水酸イオンとともに残ります。

そのほかの電気分解のときにも
陽極や陰極で、必ず酸化・還元の反応が起こっているのです。

また、金属のメッキのときにも酸化・還元が起こっています。

ボルタの電池

イオンになりやすいが金属とイオンになりにくい金属をうすい酸の中につけたらどうなるでしょう。

10パーセントぐらいの希硫酸に銅板と亜鉛板とをさし入れただけでは亜鉛板の表面からさかんに水素がでるだけです。

ところが、図のような装置を組み立ててスイッチを押してみると豆電球がつくことがわかります。

また、電流計をつないでみると2つの金属板のあいだに電流が流れていることがわかります。

亜鉛は水素よりイオンになりやすいので電子を残して、亜鉛イオンとなり希硫酸に溶けだします。
亜鉛板に残った電子は、針金を通って自由に動きます。

それで、希硫酸中の水素イオンは銅板から電子を奪って水素となります。

つまり、銅板と亜鉛板をむすぶ針金の中を電子が移動するわけです。
電流の方向は、電子の流れる方向と逆にするという約束がありますのでこの装置では、銅板が陽極、亜鉛板が陰極になります。

このように、イオンの化学変化を利用して電流を生じさせる装置を電池といいます。

希硫酸中に銅板と亜鉛板を入れただけのボルタの電池は銅板の表面に細かい水素の泡がたくさんついて水素イオンが電子とむすびつくのを妨げるため実用になりません。

実用的には、これらの点を改良した、いろいろな電池がつくられています。

乾電池

乾電池は真ん中に炭素棒の陽極があり外側に亜鉛のかんがあって、これが陰極になっています。

乾電池の電極間の電圧は1.5ボルトをしめします。
乾電池の炭素棒は、ボルタの電池の銅板にあたるものです。

亜鉛は亜鉛イオンになって少しずつ減ります。
つまり、電子が余分になった状態になりやすいのですから、陰極になるわけです。

乾電池の中のイオンの動きを考えてみましょう。

陰極においては、ボルタの電池の場合と同じように亜鉛が極に電子を残してイオンになります。

この亜鉛のイオンは、電解液として入っている塩化アンモニウムが電離してできたアンモニウムイオンと反応して化学反応式にあるように錯イオンをつくります。

電解液の中に、亜鉛イオンが増えると亜鉛（陰極）がしだいにイオンになりにくくなりますがこのように錯イオンができるために亜鉛イオンの濃度は増えず、亜鉛のイオン化がすすみます。

また、陽極の炭素のところではやはり、水素イオンが電子を受け取って水素が発生しますが電解液にふくまれる二酸化マンガンと反応して水ができます。

ですから、ボルタの電池のときのように生じた水素ガスが電極の接触を妨げたり、水素が電離して電池の電圧を低くするようなこと（これを分極作用といいます）が起こりません。

乾電池のときに使われる二酸化マンガンなどの酸化剤は分極作用をなくすためのものですから消極剤、または減極剤などとよばれます。

鉛蓄電池

乾電池は電圧が下がってしまうと、もう使えません。
しかし、鉛蓄雷池はある程度電圧が下がると外から電気を送り込むことによって、くりかえし使うことができます。　

鉛蓄電池のしくみは、陽極は二酸化鉛、陰極は鉛の板でできていてそれを互い違いにならべ、互いに触れ合わないいようにあいだにガラス繊維のマッ卜が差し込んであります。

そして、これらのものが希硫酸中につけられています。

鉛蓄電池のイオンの反応は複雑ですが陽イオンと陰イオンの反応であることに違いはありません。

電池から電気を取り出して使うことを放電といいます。
また、反対に、電池に電気を送り込んで再び放電することができるようにすることを充電といいます。

まず、放電のときについて考えてみると陰極においては、鉛が陰極に電子を残して鉛イオンとなりますがすぐに硫酸イオンと反応して溶けにくい硫酸鉛になり、陰極の表面に残ります。

このため、乾電池のときと同じように電解液の中に鉛イオンが増えることはなくイオン化はさまたげられません。

陽極においては、液中の水素イオンが陽極から電子を受け取って水素になりますが陽極の二酸化鉛に酸化されて水になります。

このとき、陽極の二酸化鉛は一酸化鉛になりますが、硫酸と反応して、やはり硫酸鉛になります。

この陽極の反応をまとめると上の化学反応式のようになります。

このようにして放電をつづけると陰極も陽極もしだいに、硫酸鉛になり、電池の起電力は下がってきます。

鉛蓄電池の陰極（鉛）と陽極（二酸化鉛）の一つの組みあわせの起電力は約2ボルトです。

これが1.8ボルトぐらいに下がったら電池に電気を送りこんでやると
放電の場合と全く反対向きの反応が起こり陰極は鉛に、陽極は二酸化鉛にもどります。

これが充電です。

なお、放電のとき、反応式を見てもわかるように硫酸液中の硫酸イオンや水素イオンが使われ、硫酸が減ってきます。

そのため、液の比重が小さくなるので比重をはかれば、電池がどのくらい使われたかがわかります。

電気を使うメッキのことはわかりましたが電気を使わないでメッキする方法があります。　

それには、金属イオンの性質をよく理解しなければなりません。
これから、金属イオンの性質と、その利用法などについて、考えることにしましょう。

電気分解によらないメッキ

3パーセントぐらいの硫酸銅の水溶液に、よくみがいた鉄くぎをつるしてしばらくそのままにしておくと、鉄くぎの表面が赤みを帯び金属の銅がくっついたことがわかります。

また、2パーセントの硝酸銀の水溶液によくみがいた銅線をつるしておくと、銅の表面に銀が析出します。

これらのことは、次のように考えるとうまく説明することができます。

硫酸銀の水溶液には、銀イオンがふくまれています。
これに銅を入れると、銅は電子を失って銅イオンとなって溶けだし溶液中の銀イオンは電子を受け取り、金属の表面につくのです。

その証拠には、長くおいた駅の色を見るとうすく銅イオンの青い色がついています。
したがって、銀よりも銅が、銅よりも鉄がイオンになりやすいことになります。

金属と水や酸

ナトリウムを水に入れると水素を発生して水酸化ナトリウムの水溶液ができますが、このことも同じように考えてよいのです。

水には水が電離して生じた水素イオンがわずかながらあります。
これにナトリウムを入れるとナトリウムのほうがイオンになりやすいためナトリウムイオンとなって溶け込み水素イオンは電子を受け取って水素原子となり、さらに、水素分子となって水素の気体を生じるわけです。

亜鉛はナトリウムイオンになりにくいため亜鉛に水を入れただけでは、水素がほとんどでません。

しかし、塩酸や硫酸のような酸だと、水素イオンが液中にたくさんあります。
亜鉛は水素より少しばかりイオンになりやすいので酸の中に浸すと、たくさんある水素イオンとの作用によって、水素を生じるわけです。

銅や銀の金属は、水の中はもちろん塩酸や硫酸の中に浸しても水素を発生しません。

このことは、銅や銀が水素イオンよりもイオンになりにくいためであると考えれげよいことになります。

イオン化列

イタリアのボルタは、多くの金属についてこのようなイオンになりやすさを研究し、1800年にその成果を発表しました。

下の表は、主な金属について、イオンになりやすいものから順に左から右にならべたものです。

これは、イオン化列とよばれています。

金属イオンになりやすいかどうかを水素を基準にして、0としてあらわした数値もこのなかにしめしておきました。

＋の記号のついたものが水素よりイオンになりやすく－の記号のついたものがイオンになりにくいわけです。

この表で、＋の数値の大きい金属は電気分解で金属メッキをするのがたいへんむずかしくなります。

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電気メッキ

金属は陽イオンになりやすい性質をもっていますから金属の陽イオンをふくむ溶液を電気分解すると、陰極の表面に金属のメッキをすることができないでしょうか。　

つぎのような実験をしてみましょう。

実験

①ビーカーに200立方センチの水をとりこれにつぎの薬品を順に入れ前に加えたものがよく溶けてからつぎを加えるようにしてメッキ液をつくります。

硫酸二ッケル30グラム・塩化アンモニウム3グラム・ホウ酸3グラム。

②二ッケル板を陽極にし、よくみがいてきれいにした銅板を陰極にして図のような装置を組み立て銅板の上に二ッケルメッキを行います。

このとき、陽極になった二ッケル板の表面では二ッケルが二ッケルイオンになって液に溶けこみます。

また、陰極の表面ではニッケルイオンがくっつき電極から電子をもらって金属になります。

メッキ液に加える塩化アンモニウムやホウ酸はニッケルメッキをきれいに出来上がらせる役目をもっています。

二ッケルにかぎらず、金属のイオンの陽電気をとりされば金属になるわけですからこのしくみを利用して、他の金属もメッキできます。

この実験では、ニッケルを陽極に使いましたが他のもの（炭素など）を陽極にしても陰極板にメッキすることができます。

しかし、この場合、メッキ液の中の二ッケルイオンが次第に少なくなりますからやがてメッキすることができなくなります。

たいていのメッキにおいては、このようなことがないように陽極にメッキする金属をつかいますがクロムメッキなどは陽極にクロムを用いないで、鉛や鉛の合金を使用します。

塩素の工業的製法

塩素は、工業的には食塩水の電気分解でつくられています。

食塩水の電気分解によってつくられる塩素はふくまれる不純物も少なく、非常に濃いものです。

また、費用もたいへん安くなりますので電解法は工業的な製法としては最も便利な方法です。　

塩素の実験室的製法

実験室では、塩酸に二酸化マンガンを作用させて塩素をつくります。

このとき、塩素に混じって塩酸や塩化水素がでてきますがこれは、下の図のような装置で水中を通すと取り除くことができます。

また、乾いた塩素が必要なときには濃硫酸か塩化カルシウムの中を通します。

これらは非常に水分を吸いやすい物質なので脱水剤として使われます。

塩素を実験室でつくるとき二酸化マンガンのかわりにさらし粉CaOCl₂にや過マンガン酸カリウムKMnO₄などを使ってもできます。

塩素の性質

塩素はごく薄い緑色の気体で空気の約2.5倍の重さがあります。

塩素は、ほかの物質と非常に化合しやすく酸素・窒素など数種の元素を除きほとんどの元素と化合して塩化物（塩素の化合物）をつくります。

また、塩素には色素とむすびついて色をなくしてしまう作用があります。

例えば、塩素を入れた瓶に色のついた花や赤インキで書いた紙などを入れておくと色がなくなってしまいます。

このような作用を漂白作用といいます。塩素の漂白作用には、水分が必要です。

塩素は水によく溶けます。塩素の水溶液は塩素水といい、強い酸化作用があります。

それは、①式のように塩素と水が反応して次亜塩素酸という化合物ができてこれが酸素をだしやすいからです。

また、塩酸も少しできますので塩素水は酸性になります。

一般に塩素をふくむ化合物は水に溶けやすく水に溶けると塩素イオンを遊離するものがたくさんあります。

この塩素イオンは、硝酸銀を加えると右の②式のように、塩化銀の白い沈殿をつくるので見つけることができます。

また、物質が燃えるときには酸素が必要ですが物質によっては塩素さえあれば燃えるものもあります。

例えば、塩素の中に火のついたロウソクを入れると消えずにそのまま燃え続けますがこれは、ロウの成分の水素が塩素とむすびついて塩化水素ができるからです。

また、気体の水素も燃えますが水素と塩素の混合気体は火をつけたり太陽の光線を当てたりすると爆発するので、たいへん危険です。

塩素の用途

塩素は、主に塩酸・さらし粉・DDT・BHCなどの薬品の原料として使われています。

また、そのままで水道水の消毒や下水の殺菌などにも使われています。

そのほか、最近は合成樹脂工業が発達してきたためこの方面でも盛んに使われるようになってきました。

例えば、塩化ビニル・シリコーンなどは塩素が原料の一つになっています。

電解質の水溶液に電流を通すとイオンが電気を運ぶ役目をして電極にくっついて電気を失い、もとの物質と違う物質を生じます。　

イオンがあれば、いつもこのような電気分解が行われるかどうかこれから調べることにしましょう。

電気分解の原理

電解質の水溶液には陽イオンと陰イオンとが数多くあります。

この溶液に、2つの電極を浸して片方を電池の陽極につなぎ、もう一方を陰極につなぎます。

すると、陽イオンは陰極のほうへ陰イオンは陽極のほうへ引っぱられて動きます。

つまり、水溶液の中を電流が通るわけですが金属の中を電流が通るときと様子が違います。

金属の中では電子が動いて電流が流れることになりますが水溶液の中では、イオンが電気を運ぶので電流が流れます。

物質そのものが移動するのです。

水の電気分解

純粋な水は、ほとんど電離していませんからイオンが少なくて電流が流れません。

しかし、水酸化ナトリウムや硫酸のような電解質を溶かすと電流がよく流れるようになります。

ここでは水酸化ナトリウムを溶かした水溶液を電気分解するときのことを考えてみましょう。

水酸化ナトリウムの水溶液には陽イオンのナトリウムイオンと陰イオンの水酸イオンがたくさんあります。

このうちの水酸イオンは－の電気をもっていますから陽極に引っぱられてくっつき電極の＋の電気をもらって、電気を帯びなくなります。

そして、水酸イオンの電気のなくなったものが酸素と水に変化して、陽極からは酸素が発生するわけです。

また、ナトリウムイオンは陰極に引きつけられますがなかなか電極にくっつきません。

かえって、水がごくわずか電離して生じている水素イオンのほうが陰極にくっつき、電極の－の電気をもらって電気を帯びない水素原子になってしまいます。

そして、水素原子が2個集まって水素分子となり、陰極から水素が発生します。

水酸イオンや水素イオンが少なくなると、水が新しく電離してこれを補うので結局は、水の電気分解となり、水酸化ナトリウムは変化しないことになります。

実験室で、電気分解をする場合はホフマン電解装置という図のような装置がよく用いられます。

電極のところをよく観察すると陽極から酸素が、陰極から水素が発生しているのがわかります。

水の電気分解をまとめると式にあるように、水2分子から水素2分子と酸素1分子ができる反応ですから電気分解によって生じる酸素と水素の体積は常に1対2となります。

陽イオンと陰イオン

塩化第二銅の水溶液を電気分解するとき銅は陰極の表面につくのですから溶液中の銅は、陰極に引きつけられるような溶け方をしていると考えられます。　

それには、銅が十の電気を帯びて溶けているのにたいして塩素は一の電気を帯て溶けていると考えれば電気分解か起こる仕組みを無理なく説明づけることができます。

塩化第二銅が水に溶けたときには＋の電気を帯びた銅の原子と、－の電気を帯びた塩素の原子とになっています。

ところが、水溶液に浸された電極のうち陰極のほうには－の電気がきていますから＋の電気を帯びた銅の原子が引きつけられ電極の表面につきます。

ここで＋と－の電気がいっしょになるために電気を帯びていない銅の原子になるわけです。

一の電気を帯びた塩素の原子は陽極に引きつけられ電気を失って塩素原子になりますが
塩素原子が2個むすびついて1個の塩素分子をつくります。

塩素分子はかなり水に溶けますが気体になって空気中に出ていくものもあります。

ここで、最初に考えたような電気を帯びた原子のことをイオンといいます。
そして＋の電気を帯びた原子を陽イオン－の電気を帯びた原子を陰イオンといいます。

イオンのつくリ

原子のつくりは前に調べましたがイオンのつくりは原子のつくりとどう違うのでしょう。

原子は、＋電気をもった陽子と電気をもたない中性子とがつまった原子核と
その周りを取り囲む電子とでできていました。

しかも、陽子の数と電子の数とは同じでした。
陽子がもっている十電気の量と電子がもっている一電気の量とは同じですから
原子ではそれらが互いに打消しあって電気的に＋も－もしめさない中性になっています。

ところが、原子から電子をいくつか取り去ると原子から－電気の量が減るので＋電気があまり原子は十電気を帯びた状態になります。

これが陽イオンです。

また、原子に他から電子が加わると－電気の量が増えるので原子は、－電気を帯びた状態になります。

これが陰イオンです。

いろいろな元素の原子のどれが陽イオンになりやすいか陰イオンになりやすいかということはその原子にふくまれている電子の数によって決まります。

いいいかえれば、元素の種類によって決まるわけです。

一般に金属元素の原子は陽イオンになりやすく非金属元素の原子は陰イオンになりやすくなっています。

また、1個の原子から電子がとれたり電子が加わったりして陽イオンや陰イオンができるだけではありません。

いくつかの原子がむすびついた原子の集団から電子がとれたり電子が加わったりして原子の集団全体として1個の陽イオンや陰イオンとなるときもあります。

例えば、硫酸の水溶液にはイオウ原子1個と酸素原子4個とからできた原子の集団に2個の電子が加わった硫酸イオンとよばれる陰イオンがふくまれています。

イオンのあらわし方

原子1個は元素記号であらわし、分子1個は分子式であらわされます。

また、いろいろな物質は化学式であらわされています。
イオンをあらわすのには元素記号と＋や－の電気の量をあらわす記号とが使われています。

1個の原子が1個のイオンになった場合は、その元素記号で種類をあらわし
陽イオンの場合は元素記号の右肩に＋の記号陰イオンの場合は－の記号をつけます。

そして、何個の電子が離れたり加わったりしたかによって＋や－の記号にその数をあらわす数字をつけます。

また＋や－の記号をその数だけならべる書き方もあります。

これをイオン式といいます。

例えば、第二銅イオンの場合は原子から2個の電子が離れて＋電気を帯びるのですから銅の元素記号Cuにの右肩に＋をつけます。

Cu²⁺または、Cu⁺⁺のとなるわけです。

イオンに関係する電子の数1が1個のときは＋や－に数字をつけないことになっています。

原子のつくリ

原子はこのように小さいものですから、原子が考えだされたころにはただ、丸くて固い玉のようなものだと想像するだけでした。

その後、研究が進むにつれて原子のつくりもはっきりしてきました。

1913年に、デンマークの物理学者のボーアは「原子は、重くて小さい原子核の周りを電子がとりまいているものだ」ということを明らかにしました。

原子核とは、原子の中心にあって原子の直径の10万分の1ほどの大きさのもので陽電気をもった部分です。

また、電子は、陰電気をもちその1個の重さは水素原子の1837分の1です。

原子の中にふくまれる電子の数は元素の種類によって決まっています。

原子が結びついたり離れりして化学変化がおこるときには電子が非常に大切なはたらきをしています。

原子核は原子の中心にあって形は玉のようなものと考えられます。

しかし、電子はちょうど太陽の周りをまわる地球のように丸いということもできますし原子核をとりまいている雲のようなものということもできます。

わかりにくい形でしょうがこのわかりにくいのが、電子の形の特徴なのです。
　　　　
今、水素の原子核を東京にある直径1メートルのアドバルーンとするなら水素の原子は、ピンポン玉ぐらいの電子が茅ヶ崎・青梅などを結ぶ円周上をまわっている形であるということができます。

原子核

原子核には、その原子がもつ電子の数と同じ数の陽子とよばれる粒といくつかの中性子とがしっかり結びついて含まれています。

陽子と中性子とは、重さは同じですが陽子が陽電気をもっているのに対し中性子は電気をもっていません。

陽子や中性子の重さは1グラムの1兆分の1を、さらに1兆分の1にしたぐらいで電子の重さの1836倍にあたります。

原子核にふくまれる陽子の数を原子番号といいます。

原子番号は、原子核がどの元素のものかを決めるのに大切な数です。
つまり、元素にはすべて原子番号がつけてありどの原子核も、陽子の数がわかればどの元素に属するかがわかるのです。

例えば、陽子8つをふくむ原子核は原子番号8の酸素の原子核です。

また逆に、水素の原子番号は1ですから水素の原子核にふくまれる陽子の数は1だということもわかります。

電気を帯びていない原子では原子核にふくまれる陽子の数と原子核をまわっている電子の数とが等しくて原子全体としては、陽電気と陰電気とが消し合っていることになっています。

陽子の数と電子の数が等しくないときはその原子全体が電気を帯びることになります。

これがイオンです。

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