水溶液すいようえき と イオン

この章しょうで学まなぶこと

第だい 4 章しょうは、 中なか 3 化か学がく の中ちゅう心しん 単元たんげん 「水溶液すいようえき と イオンいおん」 です。 中なか 2 で学まなんだ 「原子げんし と 分子ぶんし」 の内うち側がわ に入はいり、 原子げんし が 電でん気き を帯おびる ことで起おこる現げん象しょう を学まなびます。

• 電解質でんかいしつ と 非電解質ひでんかいしつ のちがいを知しる
• イオンいおん (陽イオンようイオン と 陰イオンいんイオン) とは何なにかを知しる
• 電離でんり を 化学反応式かがくはんのうしき (イオン式しき) で表あらわせる
• 酸さん と アルカリあるかり の性せい質しつ を知しる
• pHピーエッチ と 指示薬しじやく で酸性さんせい・中性ちゅうせい・アルカリ性あるかりせいを区く別べつ できる
• 中和ちゅうわ と 塩しお ができる反はん応のう を理り解かい する
• 強酸きょうさん・強塩基きょうえんき の 安全あんぜん な取扱とりあつかいを身みにつける

ポイント: 中なか 2 で 「原子げんし はそれ以上いじょう分わけられない」 と学まなびましたが、 実じつは 原子げんし の 中ちゅう に 電子でんし という粒つぶがあり、 それが動うごくことで イオンいおん ができます。

1. 電解でんかい質しつと非ひ電解でんかい質しつ

水溶液すいようえきの電気でんきの通とおりやすさ

水みずに物質ぶっしつを溶とかすと、 電でん気き を通とおすもの と 通とおさないもの があります。

種しゅ類るい	定てい義ぎ	例れい
電解質でんかいしつ	水みずに溶とかすと電でん気き を通とおす物質ぶっしつ	食しょく塩えん (NaCl)、 塩えん酸さん (HCl)、 水みず酸さん化か ナトリウム (NaOH)、 硝酸しょうさん、 硫酸りゅうさん
非電解質ひでんかいしつ	水みずに溶とかしても電でん気き を通とおさない	砂糖さとう、 エタノール (C₂H₅OH)、 尿素にょうそ

確たしかめ方かた

実じっ験けん装そう置ち	やり方かた
電源でんげん + 豆まめ電でん球きゅう + 電極でんきょく	水すい溶よう液えき に 2 本ほんの 電極でんきょく を入いれて、 豆まめ電でん球きゅう が光ひかれば 電解質でんかいしつ

電気でんきが流ながれる理由りゆう

電解質でんかいしつ は水みずに溶とけると 粒子りゅうし (= イオンいおん) に分わかれます。 イオンいおん は 電でん気き を帯おびて いるため、 電源でんげん をつなぐと動うごき始はじめ、 電流でんりゅう が流ながれます。

非電解質ひでんかいしつ は水みずに溶とけても 「分子ぶんし のまま」 で、 電でん気き を帯おびていないので電でん流りゅう が流ながれません。

2. イオンとは

原子げんしの構造こうぞう

中なか 2 で学まなんだ 原子げんし は、 実じつはさらに細こまかく分わけられます。

部分ぶぶん	電でん気き の性せい質しつ	場所ばしょ
原子核げんしかく	プラス (+)	中心ちゅうしん
電子でんし	マイナス (−)	外側そとがわを回まわる

ふつうの 原子げんし は、 プラスとマイナスが 同おなじ数すう なので、 全体ぜんたいとして 「電でん気き を帯おびていない」 状じょう態たい です。

イオンのでき方

原子げんし が 電子でんし を失うしなったり受うけ取とったりすると、 プラスとマイナスの数かずが釣つり合あわず、 電でん気き を帯おびた粒つぶ になります。 これが イオンいおん です。

種しゅ類るい	でき方かた	記号きごうの例れい
陽イオンようイオン	電子でんし を 失うしなう → プラス	Na⁺ (ナトリウムイオン)、 H⁺ (水すい素そ イオン)
陰イオンいんイオン	電子でんし を 受うけ取とる → マイナス	Cl⁻ (塩化えんか物ぶつイオン)、 OH⁻ (水みず酸さん化か物イオン)

主おもなイオン

名前なまえ	化か学がく式しき	種しゅ類るい
水すい素そ イオン	H⁺	陽イオンようイオン
ナトリウムイオン	Na⁺	陽イオンようイオン
カリウムイオン	K⁺	陽イオンようイオン
カルシウムイオン	Ca²⁺	陽イオンようイオン
銅どうイオン	Cu²⁺	陽イオンようイオン
亜あ鉛えん イオン	Zn²⁺	陽イオンようイオン
塩化えんか物ぶつイオン	Cl⁻	陰イオンいんイオン
水みず酸さん化か物イオン	OH⁻	陰イオンいんイオン
硝酸しょうさん イオン	NO₃⁻	陰イオンいんイオン
硫酸りゅうさん イオン	SO₄²⁻	陰イオンいんイオン

大事だいじ: 「⁺」 や 「⁻」 の数字すうじは 失うしなった / 受うけ取とった 電子でんし の数すう を表あらわします。 例れい: Ca²⁺ は 電子でんし を 2 個こ失うしなった 陽イオンようイオン。

3. 電離でんりと化学かがく式しき

電離でんり

電解質でんかいしつ が水みずに溶とけるとき、 陽イオンようイオン と 陰イオンいんイオン に分わかれる ことを 電離でんり と言いいます。

電離でんりの式しきの例れい

物質ぶっしつ	電離でんり式
食しょく塩えん (NaCl)	NaCl → Na⁺ + Cl⁻
塩えん酸さん (HCl)	HCl → H⁺ + Cl⁻
水みず酸さん化か ナトリウム (NaOH)	NaOH → Na⁺ + OH⁻
硫酸りゅうさん (H₂SO₄)	H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻
水みず酸さん化か カリウム (KOH)	KOH → K⁺ + OH⁻

ポイント: 電離でんり式では、 左さ辺へん と右う辺へん で 原子げんしの数すう がそろうだけでなく、 電でん気き (プラスとマイナスの合ごう計けい) もそろいます。 例れい: H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻ は、 左ひだりが 0、 右みぎも (+1)×2 + (−2) = 0。

4. 酸さんとアルカリ

酸さんとは

水みずに溶とかしたとき 水素イオンすいそいおん H⁺ を出だす 物質ぶっしつを 酸さん と言いいます。

酸さんの性質せいしつ

性せい質しつ	くわしく
酸すっぱい味あじ	食用しょくようの酸さん (酢酸さくさん・クエン酸クエンさん) で確認かくにん
青リトマス紙りとますし を 赤あか に変かえる	指示薬しじやく の反はん応のう
金きん属ぞく と反はん応のう して 水すい素そ を出だす	例れい: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
BTB液びーてぃーびーえき を 黄色きいろ にする	指示薬しじやく の反はん応のう

主おもな酸さん

名前なまえ	化か学がく式しき	例れい
塩えん酸さん	HCl	胃液いえき
硫酸りゅうさん	H₂SO₄	自じ動どう車しゃ バッテリー
硝酸しょうさん	HNO₃	工こう業ぎょう用
酢酸さくさん	CH₃COOH	食酢す
クエン酸クエンさん	C₆H₈O₇	レモン
炭酸たんさん	H₂CO₃	炭たん酸さん水すい

アルカリとは

水みずに溶とかしたとき 水酸化物イオンすいさんかぶついおん OH⁻ を出だす 物質ぶっしつを アルカリあるかり (英語えいごで 塩基えんき = base) と言いいます。

アルカリの性質せいしつ

性せい質しつ	くわしく
苦にがい味あじ、 ぬるぬる	触さわらず確たしかめない (危き険けん)
赤リトマス紙りとますし を 青あお に変かえる	指示薬しじやく の反はん応のう
タンパク質たんぱくしつ を溶とかす	せっけんが油あぶらを落おとす仕組しくみ
BTB液びーてぃーびーえき を 青あお にする	指示薬しじやく の反はん応のう
フェノールフタレイン を 赤あか にする	指示薬しじやく の反はん応のう

主おもなアルカリ

名前なまえ	化か学がく式しき	例れい
水みず酸さん化か ナトリウム	NaOH	苛か性せい ソーダ、 排水はいすい管クリーナー
水みず酸さん化か カリウム	KOH	せっけん製せい造ぞう
水みず酸さん化か カルシウム	Ca(OH)₂	石せっ灰かい水、 漆しっ喰くい
アンモニア水すい	NH₃ + H₂O	洗せん剤ざい
重じゅう曹そう	NaHCO₃	ベーキングパウダー

5. pH と指示薬しじやく

pH とは

水すい溶よう液えき の 酸性さんせい / 中性ちゅうせい / アルカリ性あるかりせい の強つよさを表あらわす数値すうちを pHピーエッチ (ピーエイチ) と言いいます。 0 から 14 までの値ねを取とります。

pH	性せい質しつ
0〜2	強酸性さんせい
3〜6	弱酸性さんせい
7	中性ちゅうせい
8〜11	弱アルカリ性あるかりせい
12〜14	強アルカリ性あるかりせい

身近みぢかなものの pH

物もの	pH (おおよそ)	性せい質しつ
胃液いえき	1〜2	強酸性さんせい
レモン汁じる	2	酸性さんせい
酢す	3	酸性さんせい
炭たん酸さん飲料いんりょう	4	弱酸性さんせい
雨あめ (普ふ通つう)	5〜6	弱酸性さんせい
純じゅん水みず	7	中性ちゅうせい
海水かいすい	8	弱アルカリ性あるかりせい
重じゅう曹そう水	9	弱アルカリ性あるかりせい
せっけん水すい	10	アルカリ性あるかりせい
漂白ひょうはく剤ざい	12〜13	強アルカリ性あるかりせい

指示薬しじやく一覧いちらん

指示薬しじやく	酸性さんせい	中性ちゅうせい	アルカリ性あるかりせい
リトマス紙りとますし	青あお → 赤あか	変へん化か なし	赤あか → 青あお
BTB液びーてぃーびーえき	黄き	緑みどり	青あお
フェノールフタレインフェノールフタレイン	無色むしょく	無色むしょく	赤あか
ムラサキキャベツむらさききゃべつ液	赤あか	紫むらさき	黄き緑みどり
pH 試し験けん紙し	数値すうちで表示ひょうじ	数値すうちで表示ひょうじ	数値すうちで表示ひょうじ

大事だいじ: BTB液びーてぃーびーえき は 黄き → 緑みどり → 青あお が 「酸さん → 中なか → ア」 の順じゅんでわかりやすい、 中学ちゅうがくでは最もっともよく使つかう 指示薬しじやく です。

6. 中和ちゅうわと塩しお

中和ちゅうわとは

酸さん と アルカリあるかり を混まぜると、 互たがいの性せい質しつ を打うち消けし合あいます。 これを 中和ちゅうわ と言いいます。

酸さん の H⁺ + アルカリあるかり の OH⁻ → H₂O (水すい)

中和ちゅうわの反応はんのう式しき

酸さん + アルカリあるかり	反応はんのう式しき
HCl + NaOH	HCl + NaOH → NaCl + H₂O
H₂SO₄ + 2NaOH	H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O
HCl + KOH	HCl + KOH → KCl + H₂O

塩しおとは

中和ちゅうわ で 水すいと一いっ緒しょ にできる物質ぶっしつ を 塩しお (えん) と言いいます。 化か学がく での 「塩しお」 は食しょく塩えん だけでなく、 陽イオンようイオン と 陰イオンいんイオン が結むすびついた物質ぶっしつすべてを指さします。

酸さん + アルカリあるかり	できる 塩しお
塩えん酸さん + 水みず酸さん化か ナトリウム	食しょく塩えん (NaCl)
硫酸りゅうさん + 水みず酸さん化か ナトリウム	硫酸りゅうさん ナトリウム (Na₂SO₄)
塩えん酸さん + 水みず酸さん化か カリウム	塩化えんかカリウム (KCl)
硝酸しょうさん + 水みず酸さん化か ナトリウム	硝酸しょうさん ナトリウム (NaNO₃)

中和ちゅうわの観察かんさつ方法ほうほう

BTB液びーてぃーびーえき を入いれた塩えん酸さん (黄色きいろ) に水みず酸さん化か ナトリウムを少すこしずつ加くわえると:

加くわえた量りょう	色いろ	性せい質しつ
0	黄き	強酸性さんせい
少すこし	黄き	弱酸性さんせい
ちょうど中和ちゅうわ点てん	緑みどり	中性ちゅうせい
多おおめ	青あお	アルカリ性あるかりせい

ポイント: 中和ちゅうわ は 発熱はつねつ を伴ともないます。 強つよい 酸さん と強つよい アルカリあるかり を混まぜるとかなり熱あつくなるので注ちゅう意い。

7. 安全あんぜん配慮はいりょとふりかえり

強酸きょうさん・強つよし塩基えんきの取扱とりあつかい

中なか 3 化か学がく の 実験じっけん では 塩えん酸さん や 水みず酸さん化か ナトリウム などの 強酸きょうさん・強塩基きょうえんき を使つかいます。 取扱とりあつかいを誤あやまると やけど や 失明しつめい の危き険けん があります。

場ば面めん	危き険けん	対たい策さく
塩えん酸さん・硫酸りゅうさん が服ふくに付つく	服ふくが溶とける	実験衣じっけんころも (白衣はくい) 着用ちゃくよう、 すぐ大量たいりょうの水みずで洗あらう
水みず酸さん化か ナトリウムが目めに入はいる	失明しつめいの危き険けん	保護メガネほごめがね必ひっ須す、 大量たいりょうの水みずで 15 分ぶん以上いじょう洗あらう、 すぐ病院びょういん
薬品やくひん の蒸じょう気き を吸すう	気持きもち悪わるくなる	必かならず 換気かんき、 窓まどを開あける
薬品やくひん を触さわる	皮ひ膚ふ が荒あれる	ゴム手袋ゴムてぶくろ 着用ちゃくよう、 触ふれたらすぐ洗あらう
薬品やくひん を流ながしに捨すてる	環かん境きょう汚お染せん	中和ちゅうわ してから先生せんせいの指し示じ に従したがう

安全あんぜんルール 5 か条じょう

1. 保護メガネほごめがね を必かならず着用ちゃくよう (強酸きょうさん・強塩基きょうえんき の場ば面めん では例外れいがいなし)
2. 換気かんき を行おこなう (窓まどを開あけ、 換かん気き扇おうぎを回まわす)
3. 薬品やくひん を直接ちょくせつ触さわらない (ゴム手袋ゴムてぶくろ推奨すいしょう、 こぼしたら大量たいりょうの水みずで洗あらう)
4. 口ぐちですすらない (ピペット は必かならず 安全ピペッターあんぜんピペッター を使つかう)
5. 流ながしに直接ちょくせつ捨すてない (中和ちゅうわ後に廃はい棄き、 必かならず先生せんせいの指し示じ)

この章しょうのふりかえり

• 電解質でんかいしつ と 非電解質ひでんかいしつ のちがいと例れいが言いえる
• [ ]陽イオンようイオン と 陰イオンいんイオン のちがい (Na⁺ と Cl⁻ など) を説せつ明めい できる
• 電離でんり の式しき (NaCl → Na⁺ + Cl⁻) を書かける
• 酸さん = H⁺ を出だす、 アルカリあるかり = OH⁻ を出だす が言いえる
• [ ]BTB液びーてぃーびーえき の色いろ変へん化か (黄き・緑みどり・青あお) を言いえる
• [ ]pHピーエッチ の数値すうちと性せい質しつ (0-14、 7 が 中性ちゅうせい) が言いえる
• 中和ちゅうわ の反はん応のう (H⁺ + OH⁻ → H₂O) を書かける
• [ ]塩しお (えん) とは何なにか (NaCl、 Na₂SO₄ など) を言いえる
• 強酸きょうさん・強塩基きょうえんき の安全あんぜんルール (保護メガネほごめがね・換気かんき) を守まもれる

この章しょうの安全あんぜん配慮はいりょ

• 保護メガネほごめがね を必かならず着用ちゃくよう (強酸きょうさん・強塩基きょうえんき では例外れいがいなし)
• 換気かんき を行おこなう (窓まどを開あけ、 換かん気き扇おうぎを回まわす)
• 薬品やくひん を直接ちょくせつ触さわらない、 口くちに入いれない
• 服ふくや皮ひ膚ふ に付ついたら すぐ大量たいりょうの水みずで洗あらう
• 目めに入はいったら 15 分ぶん以上いじょう大量たいりょうの水みずで洗あらい、 すぐ病院びょういんへ
• 薬品やくひん を 流ながしに捨すてない、 必かならず先生せんせいの指し示じ に従したがう

次じの章しょう: 第だい 5 章しょうでは、 イオンいおん の知ち識しき を使つかって 「化か学がく変へん化か と電でん池ち」 を学まなびます。 酸化還元さんかかんげん (電子でんしのやりとり) と、 ボルタ・ダニエル電でん池ち、 燃料ねんりょう電でん池ち のしくみに出会であいます。

まとめ — 水溶液すいようえき と イオンいおん を 3 行くだりで

• 原子げんし が電子でんしを失うしなう・得えることで 陽イオンようイオン (+) と 陰イオンいんイオン (-) に分わかれ、 これらを含ふくむ水溶液すいようえきを電解でんかい質しつ水溶液すいようえきという
• 酸さん は水中すいちゅうで 水素イオンすいそいおん を出だし、 アルカリあるかり は 水酸化物イオンすいさんかぶついおん を出だす物質ぶっしつで、 強つよさは pHピーエッチ (0-14、 7 が 中性ちゅうせい) で量りょう化かされる
• 中和ちゅうわ は酸さんと塩基えんきが反応はんのうして水みずと 塩しお を生しょうじる現象げんしょうで、 強酸きょうさん ・強塩基きょうえんき を扱あつかう際さいは 保護メガネほごめがね ・換気かんき の安全あんぜんルールを厳守げんしゅする