ME-CH-01 · 原子・分子・イオンと周期表

例題A（標準・型の確認）

$^{12}_{6}\mathrm{C}$ と $^{14}_{6}\mathrm{C}$ について、それぞれ陽子数・中性子数・電子数を答えよ（いずれも電気的に中性）。両者の関係を何と呼ぶか。

解答A

• 手順1　どちらも $Z=6$ なので**陽子数はともに $6$**。ここが $6$ である限り、元素は炭素で確定する。
• 手順2　中性子数 $=A-Z$ より

- $^{12}\mathrm{C}$：$12-6=6$ 個

- $^{14}\mathrm{C}$：$14-6=8$ 個

• 手順3・4　どちらも中性なので 電子数 ＝ 陽子数 $=6$。
• 関係　陽子数が同じで質量数（＝中性子数）だけ違うので、両者は同位体。
• なお $^{14}\mathrm{C}$ は中性子が過剰で不安定なため放射性を示す（年代測定に使われる）。陽子数が同じだから化学的性質はほぼ同じという点が同位体の要点。
• 答え $^{12}\mathrm{C}$：陽子6・中性子6・電子6／$^{14}\mathrm{C}$：陽子6・中性子8・電子6。両者は同位体。

例題B（受験・実戦）

$(1)$ $\mathrm{Na^{+}}$（$Z=11$）の電子数を求めよ。

$(2)$ $^{32}_{16}\mathrm{S^{2-}}$ の陽子数・中性子数・電子数を求めよ。

$(3)$ $(1)(2)$ で得た電子配置が、それぞれどの希ガスと同じか答えよ。

解答B

• $(1)$ $\mathrm{Na}$ は原子番号 $11$ なので陽子 $11$ 個。$+$ の電荷は「電子を $1$ 個失った」意味だから

$$電子数=11-1=10$$

• $(2)$ $Z=16$ より陽子 $16$ 個。中性子数 $=32-16=16$ 個。$2-$ は「電子を $2$ 個受け取った」意味なので

$$電子数=16-(-2)=16+2=18$$

• 符号の扱い　電子数 $=Z-(電荷)$ に電荷をそのまま代入する。$2-$ は $-2$ だから引くと増える。ここを機械的にやれば符号ミスは起きない。
• $(3)$ $\mathrm{Na^{+}}$ の電子は $10$ 個 → **ネオン $\mathrm{Ne}$**（$Z=10$）と同じ。$\mathrm{S^{2-}}$ の電子は $18$ 個 → **アルゴン $\mathrm{Ar}$**（$Z=18$）と同じ。
• なぜこの価数になるか　$\mathrm{Na}$ は1族で価電子 $1$。$1$ 個手放せば希ガスと同じ安定な配置になるので $1+$ になりやすい。$\mathrm{S}$ は16族で価電子 $6$。あと $2$ 個受け取れば $8$ 個（オクテット）になるので $2-$ になりやすい。族番号を見れば価数は予測できる。
• 答え $(1)\ 10$ 個　$(2)$ 陽子16・中性子16・電子18　$(3)$ 順に $\mathrm{Ne}$、$\mathrm{Ar}$

演習（自力再現）

$(1)$ $\mathrm{Mg}$（2族）と $\mathrm{Cl}$（17族）は、それぞれ何価のどんなイオンになりやすいか、価電子数を根拠に説明せよ。

$(2)$ $(1)$ の2つが結びついてできる化合物の組成式を答えよ。

$(3)$ イオン結合とはどのような結合か、一文で説明せよ。

解答

• $(1)$

- $\mathrm{Mg}$ は2族なので価電子 $2$ 個。$2$ 個手放すと $\mathrm{Ne}$ と同じ配置になるので $\mathrm{Mg^{2+}}$。

- $\mathrm{Cl}$ は17族なので価電子 $17-10=7$ 個。あと $1$ 個受け取ると $\mathrm{Ar}$ と同じ配置になるので $\mathrm{Cl^{-}}$。

• $(2)$ 化合物全体は電気的に中性でなければならない。$\mathrm{Mg^{2+}}$ の $+2$ を打ち消すには $\mathrm{Cl^{-}}$ が $2$ 個必要。よって $\mathbf{MgCl_2}$。
• $(3)$ 陽イオンと陰イオンが静電気的な引力（クーロン力）で引き合ってできる結合。金属元素と非金属元素の間で生じやすい。
• 答え $(1)\ \mathrm{Mg^{2+}}$、$\mathrm{Cl^{-}}$　$(2)\ \mathrm{MgCl_2}$　$(3)$ 陽イオンと陰イオンの静電気的引力による結合