イオン式とは?価数とは?書き方や語呂合わせの覚え方/暗記法まとめ!高校化学の問題の解き方も


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高校化学で頻出の「イオン式」の解説と、効率的な暗記方法をお伝えします!
筆者

記事と筆者の信頼性

・難関大学に化学受験で合格した人が記事を執筆

・早稲田大学卒の予備校講師が、さらに分かりやすく編集

・編集者は予備校講師として、2,000人以上の受験生を指導

 

イオン式とは?

そもそも、イオンとは何なのでしょうか。

百科事典には下のように書かれていますが、分かりづらいですよね。

「中性の原子,原子団または分子が1個または数個の電子を失うか,逆に過剰の電子を得て電荷をもつ状態になったもの。電子を失ったものは正電荷を帯びて陽イオン (カチオン) となり,電子を得たものは負電荷を帯びて陰イオン (アニオン) となる。その電気量は電気素量の整数倍で,その倍数をイオンの電荷数という。電荷数は周期表における元素の族と関係している。たとえばアルカリ金属は電荷数+1のイオンに,ハロゲンは電荷数-1のイオンとなる。イオンは電解質溶液中やイオン結晶の中に存在する。気体の場合は,放電やX線,電子,陽子などの放射線照射によって生成する。イオンは元素記号の右肩にイオン価と電荷の符号をつけ,Na+ ,Fe3+ ,または Cl- のように表現する。

引用:https://kotobank.jp/word/%E3%82%A4%E3%82%AA%E3%83%B3-29970

図を使ってイオンを説明していきましょう!
筆者

イオン式

簡易的な原子を見ると、原子核を中心に電子殻がK殻からL、M・・・と構成されています。

そしてそれぞれの充てんできる電子の数は決まっています。

K殻2個、L殻は8個・・・となっています。

充填される電子の数が元素の種類を特徴づけています。

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希ガスは超安定!

その中で、希ガスと呼ばれるグループ(周期表では列のことを示していて、族といいます)の電子配置で最も安定しています。

「希ガスの状態が一番安定している」ことはとても大切なので、忘れないようにしましょう!

下の図をご覧ください。

イオン式

例えばリチウムLiについて、どんな原子も安定した希ガスの電子配置を取りたがります。

しかし電子を何個も抜いたり足したりするのは、大変な作業です。

ですから電子の足し引きが少ない手順で、希ガスの電子配置を取るように仕事をします。

 

Liの場合、一番外側の1つの電子を取ることで、ヘリウムHeと同じ電子2個の状態になります。

Liは本来電子3個ですが、1個の電子を引き抜くことで電子が2個になり、Heと同じ電子配置の状態になっています。

この状態をイオンと言います。

 

電子を抜き取ったとき「抜き取った数+正の符号」。

Liでは、Li+と書き、リチウムイオンといい、陽イオンと総称されます。

電子を加えたとき「抜き取った数+負の符号」となります。

 

一般的な原子では、「陽子の数=電子の数」です。

イオンでは、「陽子の数>電子の数」または「陽子の数<電子の数」となります。

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イオン式をもっと詳しく解説

イオンになったとき、化学式の右肩に価数と符号を書きます。

ちなみに1価(1つの電子を抜いたり、足したりする)の場合は符号のみで表します。

イオンを表した化学式をイオン式と言います。

イオン式の作り方は簡単なんですが、受験に向けて覚えるのはそれなりに大変です。

 

イオン式の名称の解説

陽イオンについては「“元素名”+“イオン”」です。

H+の時には「水素イオン」、陰イオンについては「元素名から“素”という字を引く+“化物イオン“」となり、S2-と表します。

ただし例外が多いので、気を付けて覚えなければいけません!

命名の法則性とよく出るイオン式を表にまとめたので、ぜひ参考にしてください。

価数名称イオン式
1水素イオンH
1リチウムイオンLi
1ナトリウムイオンNa
1カリウムイオンK
1ルビジウムイオンRb
2ベリリウムイオンBe2
2マグネシウムイオンMg2
2カルシウムイオンCa2
2ストロンチウムイオンSr2
2バリウムイオンBa2
2亜鉛イオンZn2
3アルミニウムイオンAl3
2鉛(Ⅱ)イオンPb2
3クロム(Ⅲ)イオンCr3
2マンガン(Ⅱ)イオンMn2
2鉄(Ⅱ)イオンFe2
3鉄(Ⅲ)イオンFe3
2ニッケル(Ⅱ)イオンNi2
2銅(Ⅱ)イオンCu2
1銀イオンAg
2酸化物イオンO2
2硫化物イオンS2
1フッ化物イオンF
1塩化物イオンCl
1臭化物イオンBr
1ヨウ化物イオンI
1水酸化物イオンOH
1シアン化物イオンCN
2炭酸イオンCO32
1炭酸水素イオンHCO3
1酢酸イオンCH3COO
2シュウ酸イオンC2O42
1硝酸イオンNO3
2硫酸イオンSO42
2亜硫酸イオンSO32
1硫酸水素イオンHSO4
3リン酸イオンPO43
1チオシアン酸イオンSCN

ここで注目してほしいのが「金属イオン」

金属の価数は色々あって覚えるのが面倒くさそうですが、覚えることは意外に少ないです。

ここで一度おさらいしてみましょう。

 

まず遷移元素で複数価数を持つ金属は、「カッコの中に価数を書く」

そして「数字はローマ数字を書く」ことが決められています。

酸化銅(I)や酸化銅(II)というようになります。

実際に例を見ながら理解していきましょう!
筆者

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イオン式①1価の金属

アルカリ金属Na+、 K+、etc.

銀Ag+

これだけです!

 

イオン式②3価の金属

鉄Fe3+(2価も有り)

アルミニウムAl3+

これだけ。

後は全部2価だと考えてください!
筆者

 

イオン式③2価の金属

金属の価数は圧倒的に2価が多いです。

アルカリ土類金属Mg2+、 Ca2+、 Ba2+

亜鉛Zn2+

銅Cu2+

鉄Fe2+

鉛Pb2+

ニッケルNi2+

マンガンMn2+

スズSn2+

 

イオン式④その他

クロムCr6+、Cr3+

銅Cu+ (普通は2価)

水銀Hg+、Hg2+

スズSn4+

 

Cr6+、Cr3+の補足

クロム酸は酸性にしても、塩基性にしても6価のままです。

ただし酸性で還元剤があれば、6価のクロムが3価になります。

「さおに秋」

さ・・・酸性

お・・・オレンジ

に・・・二クロム酸

あ・・・アルカリ性

き・・・黄色

と何度も口に出して覚えておきましょう!

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イオン式⑤銅

1価の銅に関しては、ヨウ化銅(I)とフェーリング反応に使われれる酸化銅(I)あたりしか出てきません。

難しいことは考えず、とりあえず覚えちゃいましょう。

 

イオン式⑥マンガン

Mnは酸化還元反応では、赤紫色のMn7+(過酸化マンガン)から淡赤のMn2+(マンガン(II)イオン)になります。

ここで注意してほしいのは、「Mn自体が反応する場合に価数が変化する」という点。

M4+(二酸化マンガン)からM2+(塩化マンガン)への化学反応も価数変化の問題で有名だと思います。

マンガンは触媒にも広く使われていますが、触媒の場合はそれ自体が反応しませんので、価数も変わりません。

 

ちなみにアルカリ金属、アルカリ土類金属、亜鉛、アルミニウム、水銀は典型元素です。

他は全て遷移元素です。

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周期表を使った覚え方

周期表を見ながら覚えていく場合は、価数を縦に覚えていきます!
筆者

 

1価の陽イオン

1価の陽イオンになるのは、水素と1族のアルカリ金属です。

H ・ Li ・ Na ・ K ・ Rb ・ Cs ・ Fr

覚え方「Hなリナちゃんカルビくすねてフランスへ」

 

2価の陽イオン

2価の陽イオンになるのは、2族のアルカリ土類金属です。

Be ・ Mg ・ Ca ・ Sr ・ Ba ・ Ra

覚え方「便利なマグからストロー、バラ」

 

1価の陰イオン

1価の陰イオンになるのは、17族のハロゲンです。

F ・ Cl ・ Br ・ I ・ At

覚え方「ふっくらシュウマイいいいあした」

 

2価の陰イオン

2価の陰イオンになるのは、16族のカルコゲンです。

O ・ S ・ Se ・ Te ・ Po

覚え方「押す、背、鉄砲」

暗記法は先生や参考書によって変わるものなので、自分が覚えやすいものを採用していきましょう!
筆者

 

イオン式の暗記のポイント

金属イオンは複数の価数を持つことがありますが、基本的に2価です。

「2価でないもの」覚えることで、効率的に攻略できます。

陽イオンについては「“元素名”+“イオン”」です。

H+の時には「水素イオン」、陰イオンについては「元素名から“素”という字を引く+“化物イオン“」となります。

複数価数ある場合、カッコ付けで、ローマ数字で価数を書きます。

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補足:イオンの色

せっかくなので、イオンの色についても覚えてしまいましょう。

Fe2+・・・淡緑色

Cr3+・・・暗緑色

Fe3+・・・黄褐色

CrO42-・・・黄色

Cu2+・・・青色

Cr2O72-・・・赤橙色

Mn2+・・・淡赤色

MnO4-・・・赤紫色



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