3.3: イオン化合物の化学式

すでにいくつかの単純イオン化合物の化学式がありましたね。 化学式とは、化合物を構成する元素とその比率を簡潔にまとめたものです。

イオン化合物は、結晶と呼ばれる規則正しい3次元の配列の中に、プラスとマイナスのイオンが交互に並んで存在しています（図(ⅳ)ⅳ）。 このように、NaClの「粒子」は一つもなく、ナトリウムイオンと塩化物イオンが交互に並ぶ連続した格子状になっています。 しかし、化合物を表現する方法として、ナトリウムイオンと塩化物イオンの比率をできるだけ小さい整数で表現することができます。 塩化ナトリウムの場合、最も小さい整数で表したナトリウムイオンと塩化物イオンの比は1：1なので、NaCl（Na記号1個、Cl記号1個）を使って化合物を表します。 このように、NaClは塩化ナトリウムの化学式であり、化合物中の異なるイオンの相対数を簡潔に表現しているのである。 マクロな試料は無数のNaClの組で構成されており、その1組1組を式単位と呼びます。 NaCl結晶は1つ1つのNaClユニットで構成されていると考えると便利ですが、図(ⅳ)を見ると、1つのイオンが他の1つのイオンと排他的に結合しているわけではありません。 1561>

イオン性化合物の式は、いくつかの規則に従っている。 まず、陽イオンは陰イオンの前に書かれる。 ほとんどの金属は陽イオンを形成し、ほとんどの非金属は陰イオンを形成するので、式は通常、金属を先に、非金属を後に記載する。 第二に、電荷は式に書かない。 イオン化合物では、式に電荷が書かれていなくても、構成種は中性原子ではなくイオンであることを覚えておいてください。 最後に、イオン化合物の適切な式は、常に次の規則に従います：正の電荷の合計が負の電荷の合計と等しくなければなりません。

この規則は最終的に、物質が全体として電気的に中性であるという事実に基づいています。

リチウムイオンと臭化物イオンからなるイオン性化合物を見ると、リチウムイオンが1+、臭化物イオンが1-の電荷を持っていることがわかる。 これらの電荷をバランスさせるためには、それぞれのイオンが1つだけ必要です。 臭化リチウムの式はLiBrです。

マグネシウムと酸素からイオン化合物を形成する場合、マグネシウムイオンは2+の電荷、酸素原子は2-電荷を持ちます。 この両イオンは臭化リチウムのイオンより高い電荷を持っていますが、それでも1対1の割合で釣り合っています。 したがって、このイオン化合物の適切な式はMgOです。

次に、マグネシウムと塩素が作るイオン化合物を考えてみましょう。 マグネシウムイオンは2+の電荷を持ち、塩素イオンは1-の電荷を持ちます。

Mg2+ Cl-

それぞれのイオンを結合しても、正と負の電荷は完全にバランスするわけではありません。 これらの電荷をバランスさせる最も簡単な方法は、各マグネシウムイオンに対して2つの塩化物イオンが存在すると仮定することです：

Mg2+ Cl-

これで正と負の電荷はバランスされます。 このイオン化合物の化学式はMgClClと書くこともできますが、ある種のイオンが2つ以上ある場合は数字の添え字を使うのが慣例です（MgCl2）。 この化学式では、マグネシウムイオンが1個、塩化物イオンが2個あることになる。 (式の「Cl2」の部分を2原子元素である塩素の分子として読んではいけません。 この化合物では塩素は2原子元素として存在しない。 むしろ2つの個別の塩化物イオンとして存在する)。 イオン化合物の式では、慣例的に最も小さい整数の比率が用いられる。 Mg2Cl4の式は、1:2の比率でイオンと電荷が釣り合っていますが、最小の整数比ではありません。

など特定のイオンには例外がある。

例題 各対のイオンからなるイオン性化合物の化学式を書きなさい。

1. ナトリウムイオンと硫黄イオン
2. アルミニウムイオンとフッ化物イオン
3. 3+鉄イオンと酸素イオン

Solution

1. 8価の殻を得るために、ナトリウムは1+、硫黄は2-電荷のイオンとして形成されています。 硫黄イオンの2価の電荷と釣り合うように、2個のナトリウム1+イオンが必要です。
2. アルミニウムイオンは3+の電荷を持ち、フッ素によって形成されるフッ化物イオンは1-の電荷を持っています。 アルミニウムイオンの3+の電荷と釣り合うように、3つのフッ素の1-イオンが必要である。 この組み合わせはAlF3と表記されます。
3. 鉄は2つのイオンを形成する可能性がありますが、ここでは3+の電荷を持つイオンを指定します。 酸素原子はイオンとして2-の電荷を持ちます。 鉄の3+イオンが2つあれば6+になり、酸素の2-イオンが3つあれば6-になるので、全体の正負の電荷のバランスをとることができます。 したがって、このイオン化合物の化学式はFe2O3となります。

多核イオンを含むイオン化合物の式の構成規則は単核（単体）を含む式と同じであり、その場合、式は1.5倍となる。原子）イオンになります。 正と負の電荷が釣り合わなければならない。 電荷を釣り合わせるために複数の多原子イオンが必要な場合は、多原子イオンの式全体を括弧で囲み、括弧の外側に数字の添え字を付けます。 これは、添え字が多原子イオン全体に適用されることを示すためです。 例：Ba(NO3)2.