第7章化学結合と分子の形

Electronic Structures of Anions陰イオンの電子構造

Most monatomic anions form when a neutral nonmetal atom gains enough electrons to completely fill its outer s and p orbitals, thereby reaching the electron configuration of the next noble gas. Thus, it is simple to determine the charge on such a negative ion: The charge is equal to the number of electrons that must be gained to fill the s and p orbitals of the parent atom. Oxygen, for example, has the electron configuration 1s²2s²2p⁴, whereas the oxygen anion has the electron configuration of the noble gas neon (Ne), 1s²2s²2p⁶. The two additional electrons required to fill the valence orbitals give the oxide ion the charge of 2– (O^2–).

英語のヒント

多くの単原子陰イオンは、中性の非金属原子が、外側のs軌道とp軌道を完全に満たすだけの電子を受け取ってできる。その結果、次の希ガスと同じ電子配置になる。したがって、このような陰イオンの電荷は簡単に求められる。その大きさは、元の原子のs軌道とp軌道を満たすために受け取る必要のある電子数に等しい。たとえば酸素の電子配置は1s²2s²2p⁴であるのに対し、酸素の陰イオンは、希ガスのネオン（Ne）と同じ1s²2s²2p⁶の電子配置をもつ。価電子軌道を満たすために必要な2個の追加電子によって、酸化物イオンの電荷は2–（O^2–）になる。

Example 7.2例題 7.2

Determining the Electronic Structure of Anions陰イオンの電子構造を求める

Selenium and iodine are two essential trace elements that form anions. Write the electron configurations of the anions.

セレンとヨウ素は、陰イオンをつくる2種類の必須微量元素である。それらの陰イオンの電子配置を書け。

Solution解答

Se^2–: [Ar]3d¹⁰4s²4p⁶

I^–: [Kr]4d¹⁰5s²5p⁶

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Write the electron configurations of a phosphorus atom and its negative ion. Give the charge on the anion.

リン原子と、その陰イオンの電子配置を書け。陰イオンの電荷も示せ。

Key Concepts and Summary重要な概念とまとめ

Atoms gain or lose electrons to form ions with particularly stable electron configurations. The charges of cations formed by the representative metals may be determined readily because, with few exceptions, the electronic structures of these ions have either a noble gas configuration or a completely filled electron shell. The charges of anions formed by the nonmetals may also be readily determined because these ions form when nonmetal atoms gain enough electrons to fill their valence shells.

英語のヒント

原子は電子を受け取ったり失ったりして、特に安定な電子配置をもつイオンになる。典型金属がつくる陽イオンの電荷は、容易に求められる。少数の例外を除き、これらのイオンは希ガスの電子配置、または完全に満たされた電子殻をもつからである。非金属がつくる陰イオンの電荷も、容易に求められる。非金属原子が価電子殻を満たすだけの電子を受け取ることによって、これらのイオンができるためである。

Chemistry End of Chapter Exercises章末問題

Exercises 1–10練習問題 1–10

Exercise 1問題 1

Does a cation gain protons to form a positive charge or does it lose electrons?

陽イオンは、正電荷をもつために陽子を受け取るのか、それとも電子を失うのか。

Solution解き方

The protons in the nucleus do not change during normal chemical reactions. Only the outer electrons move. Positive charges form when electrons are lost.

通常の化学反応では、原子核の陽子は変化しない。移動するのは外側の電子だけである。電子を失うと正電荷が生じる。

Exercise 2問題 2

Iron(III) sulfate [Fe₂(SO₄)₃] is composed of Fe³⁺ and

{SO}_{4}^{2−}

ions. Explain why a sample of iron(III) sulfate is uncharged.

硫酸鉄(III)［Fe₂(SO₄)₃］は、Fe³⁺イオンと

{SO}_{4}^{2−}

イオンからなる。硫酸鉄(III)の試料が帯電していない理由を説明せよ。

Exercise 3問題 3

Which of the following atoms would be expected to form negative ions in binary ionic compounds and which would be expected to form positive ions: P, I, Mg, Cl, In, Cs, O, Pb, Co?

次の原子のうち、二元イオン化合物で陰イオンになると予想されるものと、陽イオンになると予想されるものは、それぞれどれか：P、I、Mg、Cl、In、Cs、O、Pb、Co。

Solution解き方

P, I, Cl, and O would form anions because they are nonmetals. Mg, In, Cs, Pb, and Co would form cations because they are metals.

P、I、Cl、Oは非金属なので陰イオンになる。Mg、In、Cs、Pb、Coは金属なので陽イオンになる。

Exercise 4問題 4

Which of the following atoms would be expected to form negative ions in binary ionic compounds and which would be expected to form positive ions: Br, Ca, Na, N, F, Al, Sn, S, Cd?

次の原子のうち、二元イオン化合物で陰イオンになると予想されるものと、陽イオンになると予想されるものは、それぞれどれか：Br、Ca、Na、N、F、Al、Sn、S、Cd。

Exercise 5問題 5

Predict the charge on the monatomic ions formed from the following atoms in binary ionic compounds:

二元イオン化合物において、次の原子からできる単原子イオンの電荷を予測せよ。

(a) P

(b) Mg

(d) O

(e) Cl

(f) Cs

Solution解き方

(a) P^3–; (b) Mg²⁺; (c) Al³⁺; (d) O^2–; (e) Cl^–; (f) Cs⁺

Exercise 6問題 6

Predict the charge on the monatomic ions formed from the following atoms in binary ionic compounds:

二元イオン化合物において、次の原子からできる単原子イオンの電荷を予測せよ。

(a) I

(b) Sr

(d) N

(e) S

(f) In

Exercise 7問題 7

Write the electron configuration for each of the following ions:

次の各イオンの電子配置を書け。

(a) As^3–

(b) I^–

(d) Cd²⁺

(e) O^2–

(f) Ga³⁺

(g) Li⁺

(h) N^3–

(i) Sn²⁺

(j) Co²⁺

(k) Fe²⁺

(l) As³⁺

Solution解き方

(a) [Ar]4s²3d¹⁰4p⁶; (b) [Kr]4d¹⁰5s²5p⁶ (c) 1s² (d) [Kr]4d¹⁰; (e) [He]2s²2p⁶; (f) [Ar]3d¹⁰; (g) 1s² (h) [He]2s²2p⁶ (i) [Kr]4d¹⁰5s² (j) [Ar]3d⁷ (k) [Ar]3d⁶, (l) [Ar]3d¹⁰4s²

Exercise 8問題 8

Write the electron configuration for the monatomic ions formed from the following elements (which form the greatest concentration of monatomic ions in seawater):

次の元素からできる単原子イオンの電子配置を書け。これらは、海水中で最も高い濃度を占める単原子イオンをつくる元素である。

(a) Cl

(b) Na

(d) Ca

(e) K

(f) Br

(g) Sr

(h) F

Exercise 9問題 9

Write out the full electron configuration for each of the following atoms and for the monatomic ion found in binary ionic compounds containing the element:

次の各原子について、原子自身と、その元素を含む二元イオン化合物中の単原子イオンの、完全な電子配置を書け。

(a) Al

(b) Br

(d) Li

(e) As

(f) S

Solution解き方

(a) 1s²2s²2p⁶3s²3p¹; Al³⁺: 1s²2s²2p⁶; (b) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵; 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶; (c) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶5s²; Sr²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶; (d) 1s²2s¹; Li⁺: 1s²; (e) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³; 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶; (f) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴; 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

Exercise 10問題 10

From the labels of several commercial products, prepare a list of six ionic compounds in the products. For each compound, write the formula. (You may need to look up some formulas in a suitable reference.)

いくつかの市販品のラベルを調べ、製品に含まれるイオン化合物を6つ挙げよ。それぞれの化合物の化学式を書け。必要に応じて、適切な参考資料で化学式を調べてもよい。

inert pair effect

不活性電子対効果

tendency of heavy atoms to form ions in which their valence s electrons are not lost

重い原子が、価電子であるs電子を失わずにイオンを形成する傾向。

ionic bond

イオン結合

strong electrostatic force of attraction between cations and anions in an ionic compound

イオン化合物中の陽イオンと陰イオンの間にはたらく、強い静電引力。