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夏休みに克服しよう!イオンとは何か?中学校理科の難題です

この記事の所要時間: 47

中学校の理科で難関と言われるのは、化学分野のイオンです。
もちろん目に見えないからこそイメージしづらいこともあります。
一方で化学反応式を学んだ後にイオンが登場するので混同します。
さらにゆとり世代ではイオンに触れていない学校もあります。
しかしイオンを知った方が、化学は面白くなります。

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元素と原子の違い

理科の教科書には、元素周期表が記載されています。
では元素とは何か?原子とは何が違うのか。
基本的に同じものですが、元素は名前を意味する際に使われます。

例えば、「水は水素と酸素からできている」
この文章で使われている水素と酸素は、元素です。
一方で「水素と酸素が反応して水ができた」
言い換えると「水素原子と酸素原子が反応して水ができた」
このように具体的な反応や構造に関して説明する場合は原子です。
逆に「水素元素と酸素元素が反応して水ができた」?
このような言い方はしません。
また元素は1つしかありません、つまり酸素という元素は1種類です。
しかし酸素原子には、質量の違う同位体があります。
別の例えをすると、佐藤さんという苗字(元素)は1つですが、
佐藤一郎さん、佐藤次郎さん、など佐藤さん(原子)はたくさんいます。

原子の仕組み

原子の仕組みはどうなっているのでしょうか。
簡単に言えば、太陽系のようです。
つまり中心に太陽という核があり、その周りを惑星が回っています。
すなわち中心に原子核があり、周りを電子が飛び回っています。
なお中心にある核は、プラスの電気を持つ陽子と
電気を持たない中性子があります。
原子が持っている陽子の数を原子番号と呼びます。
したがって陽子の数が違えば、異なる原子になります。
また陽子の数と中性子の数を合計した数を質量数と呼びます。
上述した同位体は、陽子数は同じですが、中性子数が違います。
さらに原子核の周りをまわる電子は、マイナスの電気を持ちます。
基本的に陽子の数と同じなので、電気的に原子は中性になります。
とはいえ電子数が違う状態が現れます。
これがイオンなのです。

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原子の大きさ

イオンに行く前に、原子の大きさについて考えてみましょう。
とはいえ原子は極めて小さいので、誰も見たことがありません。
最新型の電子顕微鏡を使っても見えません。
種類によって異なりますが、おおよその半径は、
0.00000001センチ程度です。

例えていうなら、原子:リンゴ=リンゴ:地球
つまり原子とリンゴの比は、リンゴと地球との比と同じです。
それだけ小さい、かつ見えないものを考えるのです。
理解できなくても当然ですね。
あくまでも理論の話ですが、
今のところそれですべてが説明できています。

電気を通す水溶液がある

基本的に真水であれば、電気を通しません。
濡れた手で電源コードを触ると感電する?
手についた汗に塩(塩化ナトリウム)が含まれているためです。
このように一見水に見えるけど、電気を通すものがある?
つまり何かの物質を溶かした水溶液は電気を通す!
ではどんな水溶液は電気を通すのか?
ここで電気を通す水溶液を電解質と呼びます。
逆に電気を通さない水溶液は、非電解質です。
簡単に言えば、酸性やアルカリ性の水溶液は電解質です。
中性の水溶液は、食塩水を除いて、非電解質です。
この電気を通す仕組みが、イオンです。

イオンとは何か

上述したように、原子は原子核と電子からできています。
ここで、電子が1つ以上失われる、または電子を1つ以上もらう、
電気的に中性ではなくなった状態が生まれます。
電子が多ければマイナス、足りないとプラスに帯電します。
これがマイナスイオン、プラスイオンです。

マイナスイオンは、陰イオン、負イオンとも言います。
またプラスイオンは、陽イオン、正イオンとも呼ばれます。
具体的には、食塩、化学的には塩化ナトリウムですが、
それが食塩水中では、
塩素原子に電子が1つ追加された塩化物イオン(マイナス)
ナトリウム原子から電子が1つ失われたナトリウムイオン(プラス)
それぞれに分かれます。
こうして電気を持った状態の原子(イオン)があると
水溶液(食塩水)は電気を通します。

ちなみに砂糖水やアルコールはイオンができないので、
電気を通しません。

イオンとは、電気を帯びた状態である

なぜ電子が増えたり減ったりするのか?
そうした方が原子は安定するためです。
原子が安定する仕組みについては、別に説明します。
イオンとは、電気を帯びた状態である。
それが理解できれば、合格です。

<イオン関連の記事>
 ・元素の周期表を理解すれば化学がよくわかります
 ・いまさら聞けない?酸性やアルカリ性とは何ですか
 ・電池の原理を知りましょう!ここにもイオンが活躍しています

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たくと
たくと
生まれつき無関心な子供はいない! そう信じ、学習塾や講習会などで、 科学を楽しく解説しようと日々奮闘しています。 半世紀生きていますが、 気持ちは、今でも夢見る少年です。

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