10年生
イオン結合・共有結合・金属結合
イオン間引力・共有電子対・非局在化した金属電子を比べ、固体の導電性・融解・脆さの違いを説明する。
直観直観：粒子と変化
塩の結晶は割れやすく、銅は電気を通し、ろうは低温で溶ける。原子やイオンを結びつける仕組みが異なるためである。
学校学校段階：モデルと規則
定義: 要点
イオン結晶は反対電荷イオン間の静電引力で保たれ、共有結合は原子間で電子密度を共有し、金属では非局在価電子が正の原子核を結びつける。
塩化ナトリウムは孤立したNaCl分子の集合ではなくイオン格子である。電子移動は理解のための模型で、結晶の安定性は格子全体の引力による。
| 結合の種類 | 結びつけ方 | 典型的性質 |
|---|---|---|
| イオン | 反対イオン間の引力 | 脆い；融解・溶解で導電 |
| 共有 | 共有電子対 | 分子結晶は軟、網目結晶は硬 |
| 金属 | 非局在電子が陽イオン格子を結合 | 固体で導電、展性あり |
例: 例題
固体の塩化ナトリウムは不導体なのに、融解すると導電するのはなぜか。
解答
固体格子ではイオンが固定され、電荷を運べない。融解するとイオンが動いて電荷を運ぶ。
例: もう一題
固体として導電するのは銅・NaCl結晶・乾燥砂糖のどれか。
解答
銅だけが導電する。金属結合では電子が動いて電荷を運ぶ。NaClは融解・溶解時のみ導く。砂糖は導かない。
共有結合はH₂Oのような分子やダイヤモンドのような網目構造をつくる。金属は電子が移動でき、イオン固体は融解・溶解してイオンが動けるとき導電する。
適用モデルは原子と電気陰性度による。NaClはイオン結合、H₂Oは共有結合、Cuは金属結合。実際の結合は理想型の間を連続的に変化する。
大学さらに詳しく
より深い段階では、関与する粒子と不変量に基づいて観察を整理する。電荷・電子密度・粒子数を表すモデルのうち、測定事実を説明できる最小のものを選ぶ。
例: 計算・応用例題
Cl–Cl、C–H、Na–Clをイオン性の低い順（共有結合性が高い順）に並べよ。
解答
Cl–Cl（Δχ = 0、無極性共有結合）< C–H（Δχ ≈ 0.35、弱極性共有結合）< Na–Cl（Δχ ≈ 2.2、主としてイオン結合）。