S ブロック元素と P ブロック元素の化合物の特性と傾向 - セッション 1

S ブロック塩の水への溶解度。 S ブロック硝酸塩の熱安定性。 S ブロック炭酸塩の熱安定性。 S ブロック重炭酸塩の熱安定性。

溶解度とは、固体、液体、気体のいずれの相であっても、化合物が特定の溶媒に溶ける能力のことです。 Sブロック元素によって形成される塩は、ほとんどが水に溶けます。これは、s ブロック元素の高い電気陽性特性によるものです。これらの塩は水に溶けると、個々のイオンにイオン化します。そしてこれらのイオンは水分子に囲まれます。イオンが水分子に囲まれることを水和といいます。このプロセス中に放出されるエネルギーは水和エネルギーと呼ばれます。イオンからイオン結晶が形成されるときのエンタルピー変化を格子エンタルピーと呼びます。

酸が塩基と結合すると塩と水が形成されることは知られています。水和エンタルピーが塩の格子エンタルピーより大きい場合、その塩は水に溶けます。例えば、s ブロック元素によって形成される塩化物塩は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ストロンチウム、塩化バリウムです。これらの塩の中には水に溶けるものもあります。しかし、これらの塩の溶解度の程度は異なります。

たとえば、塩化ナトリウムは塩化カリウムに比べて水に溶けやすいです。これは、ナトリウムイオンのサイズがカリウムイオンに比べて小さいためです。ナトリウムイオンの水和エネルギーもカリウムイオンよりも大きいです。アルカリ土類金属の塩化物塩の溶解度は、ベリリウムからバリウムまでグループが下がるにつれて減少します。

塩化ベリリウムは塩化バリウムに比べて水に溶けやすいです。これは、ベリリウムイオンと比較してバリウムイオンのサイズが大きいためです。また、ベリリウムイオンの水和エネルギーはバリウムイオンよりも大きいです。ここではアルカリ土類金属塩化物の溶解度の減少順序が示されています。

同様に、アルカリ土類金属のヨウ化物塩と臭化物塩の溶解度は、グループの下に行くほど低下します。臭化ナトリウムは臭化カリウムに比べて水に溶けやすいです。どちらが水に溶けやすいでしょうか？。ヨウ化ナトリウムかヨウ化カリウムか？。ここで、s ブロック元素の硫酸塩の溶解度について説明します。 s ブロック元素の硫酸塩の溶解度も、グループ内の上から下に向かって減少します。

たとえば、硫酸マグネシウムは硫酸バリウムに比べて水に溶けやすいです。これは、グループ内の上から下に向かって、水和エネルギーの減少が格子エネルギーの減少よりも大きいという事実によるものです。このため、硫酸バリウムは硫酸マグネシウムに比べて水への溶解性が低くなります。アルカリ土類金属硫酸塩の水への溶解度の減少順序を示します。

炭酸ナトリウムと炭酸カリウムは水に溶けます。炭酸ベリリウムも水に溶けます。炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウムは水に溶けません。これは、水和エネルギーが格子エネルギーよりも小さいためです。アルカリ土類金属の炭酸塩および重炭酸塩の溶解度は、水和エネルギーの減少により、グループ内で下に向かうにつれて減少します。ここでは、アルカリ土類金属の炭酸塩と重炭酸塩の溶解度の減少順序が示されています。

Sブロック元素の亜硝酸塩はすべて水に溶けます。グループ内の上から下に向かって陽イオンの水和エンタルピーが減少するため、グループ内の下に行くほど溶解度は減少します。たとえば、亜硝酸ベリリウムは亜硝酸バリウムに比べて水に溶けやすいです。 s ブロック元素の亜硫酸塩の溶解度も、グループ内で下に向かうにつれて減少します。これは、グループ内の上から下に向かって陽イオンの水和エンタルピーが減少するためです。

カルシウム、セシウム、magnesium、バリウムを除くすべての金属の硫化物は水にほとんど溶けません。これは硫化物イオンの不安定性によるものです。硫化物イオンは加水分解を受ける。硫化リチウムは水に溶けます。硫化ナトリウムも水に溶けやすいです。一方、硫化カリウムは水に適度に溶けます。

ここでは、s ブロック元素によって形成される炭酸塩、重炭酸塩、硝酸塩の熱安定性について説明します。熱分解とは、化合物を加熱することによって分解することです。まず、sブロック元素の硝酸塩の熱安定性について説明します。第一族および第二族元素の硝酸塩は加熱すると分解して金属酸化物、二酸化窒素ガス、酸素ガスを生成します。分解反応を図に示します。

熱安定性が高いということは、加熱しても化合物が分解する可能性が低いことを意味します。第 1 族および第 2 族元素の硝酸塩の熱安定性は、グループ内の上から下に向かって高くなります。これは陽イオンのイオン性によるものです。たとえば、硝酸バリウムは硝酸マグネシウムに比べて熱的に安定しています。これは、バリウムと比較してマグネシウムの陽イオンサイズが小さいためです。両方のイオンは同じa +2。

しかし、マグネシウムイオンはサイズが小さいため、電荷密度はマグネシウムイオンに集中します。このため、硝酸塩中の電気陰性度の高い酸素原子の電子密度が、さらに自分自身に引き寄せられます。したがって、硝酸イオンは分極します。つまり、硝酸イオン中の窒素原子と酸素原子の結合がより分極すると言えます。陰イオンがより分極すると、分解に必要な熱は少なくなります。その結果、窒素原子と酸素原子間の結合は容易に切断されます。

硝酸バリウムの場合、バリウムイオンの陽イオンサイズが大きいため、電荷密度が集中せず、硝酸イオン内の酸素原子の電子密度を自分自身に引き寄せません。その結果、硝酸イオンの分極は低下します。これは、硝酸イオン内の窒素と酸素原子間の結合を破壊するために、より多くの熱が必要になることを意味します。これにより、硝酸バリウムは熱的に安定します。

ここでは、s ブロック元素の炭酸塩の熱安定性について説明します。炭酸塩 Group Iそして Group II元素は加熱すると分解して金属酸化物と二酸化炭素ガスを生成します。分解反応を図に示します。炭酸塩の熱安定性 Group Iそして Group II要素はグループ内の上から下へ上がります。これは陽イオンのイオン性によるものです。

たとえば、炭酸バリウムは炭酸マグネシウムに比べて熱的に安定しています。これは、バリウムと比較してマグネシウムの陽イオンサイズが小さいためです。両方のイオンは同じ +2。しかし、マグネシウムイオンはサイズが小さいため、電荷密度はマグネシウムイオンに集中します。このため、炭酸イオン中の電気陰性度の高い酸素原子の電子密度が、さらに自分自身に引き寄せられます。炭酸イオンは分極します。

ご存知のように、陰イオンがより分極すると、分解に必要な熱が少なくなります。その結果、炭素原子と酸素原子間の結合は容易に切断されます。一方、炭酸バリウムの場合、バリウムイオンの陽イオンサイズが大きいため、電荷密度が集中せず、硝酸イオンの酸素原子の電子密度をそれ自身に引き寄せません。その結果、炭酸イオンの分極は低下します。これは、炭酸イオンの炭素原子と酸素原子間の結合を破壊するために、より多くの熱が必要になることを意味します。これにより、炭酸バリウムは熱的に安定します。

重炭酸塩の Group Iそして Group II金属は加熱すると分解して金属炭酸塩、二酸化炭素、水を生成します。重炭酸塩の熱安定性は、金属カチオンの分極力の低下により、グループ内で下に行くほど高くなります。炭酸塩と重炭酸塩の熱安定性は、グループ内で下に行くほど高くなります。重炭酸カルシウムと重炭酸バリウムのうち、どちらが熱的に安定していますか?またその理由は何ですか?。

S ブロック元素と P ブロック元素の化合物の特性と傾向 - セッション 2