なぜ鉄はさびやすく金はさびないのか、なぜ亜鉛板と銅板を電解質の水溶液に入れると亜鉛板が陰極で銅板が陽極の電池になるのか、中学理科の範囲だとその理由までは習いません。
「なぜ」を習わないままに結果を暗記してもよいのですが、「なぜ」が気になる人もいるでしょう。
この稿では、『イオン化傾向』についてまとめることで、その「なぜ」を解明したいと思います。
イオン化傾向とは
金属は、−の電気を帯びた電子を手ばなして、＋の電気を帯びた陽イオンになります（イオンについてはこちらを参照）。
金属には陽イオンになりやすい金属と陽イオンになりにくい金属があり、陽イオンへのなりやすさのことをイオン化傾向といいます。
イオン化傾向を、陽イオンになりやすい順に並べると次のようになります。
K＞Ca>Na>Mg＞Al＞Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞（H）＞Cu＞Hg＞Ag＞Pt>Au
Kカリウム＞Caカルシウム>Naナトリウム>Mgマグネシウム＞Alアルミニウム＞Zn亜鉛＞Fe鉄＞Niニッケル＞Snスズ＞Pb鉛＞（H）水素＞Cu銅＞Hg水銀＞Ag銀＞Pt白金>Au金
重要なのでいろいろ覚え方が考案されてきたのですが、私は次の覚え方を気にいっています。
貸そうかな、まあ、あてにするな、ひどすぎる借金。
かKそう＞かCa>なNa>まMg＞あAl＞あZn＞てFe＞にNi＞すSnる＞なPb＞ひ（H）＞どCu＞すHg＞ぎAgる＞しゃっPt>きんAu
水素は英語でhydrogenハイドロジェンなので「ひ」です。
水素は金属ではありませんが、陽イオンになる代表的な元素のひとつであり、イオン化傾向がからんでくる分野で重要なので、イオン化傾向の暗記の列に加えます。
イオン化傾向を調べる実験
銀イオンをふくんでいる硝酸銀水溶液の中に、銅を入れます。
しばらくすると、銅のまわりに銀色の物質が付着し、水溶液は青色に変化します。
銅のまわりに付着した銀色の物質は銀です。
水溶液が青色に変わるのは、銅が青色の銅イオンにかわり、水溶液に溶けたためです。
銅は電子を放出して銅イオンになります。
銅→銅イオン＋電子
銀イオンは銅が放出した電子と結びついて銀になります。
銀イオン＋電子→銀
銅が電子を手ばなして銅イオンにかわり、銀イオンが電子を受け取って銀にかわったのは、銅のほうが銀より陽イオンになりやすいからです。
つまり、イオン化傾向が銅＞銀だからです。
同様に、銅イオンをふくむ青色の硫酸銅水溶液に鉄を入れると、鉄の表面に銅が付着し、青色であった硫酸銅水溶液は鉄イオンが溶けたために鉄イオンの色である緑色にかわります。
鉄のほうが銅より陽イオンになりやすいのです。
イオン化傾向は鉄＞銅ということになります。
イオン化傾向の小さい金属のイオンをふくむ水溶液に、イオン化傾向の大きい金属を入れると、イオン化傾向の小さい金属のイオンはイオンであることをやめて金属になって付着します。イオン化傾向の大きい金属はイオンになって水溶液に溶けます。
イオン化傾向と酸化や還元などの化学反応
イオン化傾向が大きい金属ほど空気や酸や水と反応しやすいといえます。
金属と空気の反応
イオン化傾向のきわめて大きいカリウム〜ナトリウムは、加熱しなくてもすぐに空気中の酸素と結びつき酸化されます。
次にイオン化傾向の大きいマグネシウム・アルミニウムは、加熱すると酸化されます。
亜鉛〜水銀は、高い温度で加熱すると酸化されます。
イオン化傾向の小さい銀〜金は酸化されません。
K＞Ca>Na・・・加熱しなくても酸化
Mg＞Al・・・加熱すると酸化
Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞（H）＞Cu＞Hg・・・高温で加熱すると酸化
Ag＞Pt>Au・・・酸化しない
イオン化傾向が大きい＝酸化されやすいということは、イオン化傾向が大きい＝還元されにくいということです。
さらに、空気との反応以外の例として、イオン化傾向の大きいマグネシウムやアルミニウムなどの金属は、酸化物にふくまれている酸素と結びつき容易に酸化されます（酸化と同時に還元がおこるので、酸化物のほうは酸素をうばわれて還元されます）。
例えば、二酸化炭素に火をつけたマグネシウムを入れると、イオン化傾向の大きいマグネシウムは二酸化炭素にふくまれる酸素と結びついて酸化マグネシウムにかわり、二酸化炭素は酸素をうばわれて炭素にかわります。
金属と酸との反応
酸とは水素イオンをふくむ化合物であり、イオン化傾向が水素より大きい金属であるカリウム〜鉛を酸に入れると金属は陽イオンに変わり、酸の水素イオンは陽イオンであることをやめて気体の水素になって出てきます。
K＞Ca>Na>Mg＞Al＞Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb・・・酸に入れると水素を発生
＞（H）＞
Cu＞Hg＞Ag＞Pt>Au・・・酸に入れても水素を発生しない
中学生は以上の原則を知っていたらそれで充分ですが、実際に酸に金属を入れたときの反応は次のようになります。
イオン化傾向の大きいカリウム〜鉄は、うすい塩酸や硫酸と反応して水素を発生します。
ニッケル〜鉛は、うすい酸とはほとんど反応しません。
銅〜銀は、硝酸や熱した濃い硫酸とだけは反応して溶けます。
白金と金は、濃い硝酸と濃い塩酸を１：３の割合で混合した王水とよばれる混合液とだけ反応して溶けます。
K＞Ca>Na>Mg＞Al＞Zn＞Fe・・・うすい塩酸や硫酸と反応し水素を発生
Ni＞Sn＞Pb・・・うすい塩酸や硫酸とは反応しにくい
Cu＞Hg＞Ag・・・硝酸と熱した濃い硫酸とだけに反応
Pt>Au・・・王水とのみ反応
金属と水との反応
イオン化傾向の大きいカリウム〜ナトリウムは、水と激しく反応して水素を発生します。
イオン化傾向と電池
うすい塩酸や硫酸に、導線で結ばれた２種類の金属板を入れたものが化学電池です。
うすい塩酸に導線でつないだ亜鉛と銅を入れたときを考えてみましょう。
イオン化傾向が大きい亜鉛は電子を手ばなして亜鉛の陽イオンにかわり、塩酸に溶け出します。
電子は導線を通ってイオン化傾向が小さい銅のほうへ移動します。
塩酸にふくまれている陽イオンの水素イオンは銅から電子を受け取って気体の水素になって銅の表面に付着します。
亜鉛から導線を通って銅に移動する電子の流れが電流です。
「電子が−極（陰極）である亜鉛から＋極（陽極）である銅に移動する」ことを、「電流は＋極（陽極）の銅から−極（陰極）の亜鉛へ流れる」といっているのです。
最初に電池をつくったのはボルタです（電圧の単位ボルトはボルタに由来）。
ボルタのつくった電池は、うすい硫酸に亜鉛板と銅板を入れたものでした。
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「なぜ」を習わないままに結果を暗記してもよいのですが、「なぜ」が気になる人もいるでしょう。
この稿では、『イオン化傾向』についてまとめることで、その「なぜ」を解明したいと思います。
イオン化傾向とは
金属は、−の電気を帯びた電子を手ばなして、＋の電気を帯びた陽イオンになります（イオンについてはこちらを参照）。
金属には陽イオンになりやすい金属と陽イオンになりにくい金属があり、陽イオンへのなりやすさのことをイオン化傾向といいます。
イオン化傾向を、陽イオンになりやすい順に並べると次のようになります。
K＞Ca>Na>Mg＞Al＞Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞（H）＞Cu＞Hg＞Ag＞Pt>Au
Kカリウム＞Caカルシウム>Naナトリウム>Mgマグネシウム＞Alアルミニウム＞Zn亜鉛＞Fe鉄＞Niニッケル＞Snスズ＞Pb鉛＞（H）水素＞Cu銅＞Hg水銀＞Ag銀＞Pt白金>Au金
重要なのでいろいろ覚え方が考案されてきたのですが、私は次の覚え方を気にいっています。
貸そうかな、まあ、あてにするな、ひどすぎる借金。
かKそう＞かCa>なNa>まMg＞あAl＞あZn＞てFe＞にNi＞すSnる＞なPb＞ひ（H）＞どCu＞すHg＞ぎAgる＞しゃっPt>きんAu
水素は英語でhydrogenハイドロジェンなので「ひ」です。
水素は金属ではありませんが、陽イオンになる代表的な元素のひとつであり、イオン化傾向がからんでくる分野で重要なので、イオン化傾向の暗記の列に加えます。
イオン化傾向を調べる実験
銀イオンをふくんでいる硝酸銀水溶液の中に、銅を入れます。
しばらくすると、銅のまわりに銀色の物質が付着し、水溶液は青色に変化します。
銅のまわりに付着した銀色の物質は銀です。
水溶液が青色に変わるのは、銅が青色の銅イオンにかわり、水溶液に溶けたためです。
銅は電子を放出して銅イオンになります。
銅→銅イオン＋電子
銀イオンは銅が放出した電子と結びついて銀になります。
銀イオン＋電子→銀
銅が電子を手ばなして銅イオンにかわり、銀イオンが電子を受け取って銀にかわったのは、銅のほうが銀より陽イオンになりやすいからです。
つまり、イオン化傾向が銅＞銀だからです。
同様に、銅イオンをふくむ青色の硫酸銅水溶液に鉄を入れると、鉄の表面に銅が付着し、青色であった硫酸銅水溶液は鉄イオンが溶けたために鉄イオンの色である緑色にかわります。
鉄のほうが銅より陽イオンになりやすいのです。
イオン化傾向は鉄＞銅ということになります。
イオン化傾向の小さい金属のイオンをふくむ水溶液に、イオン化傾向の大きい金属を入れると、イオン化傾向の小さい金属のイオンはイオンであることをやめて金属になって付着します。イオン化傾向の大きい金属はイオンになって水溶液に溶けます。
イオン化傾向と酸化や還元などの化学反応
イオン化傾向が大きい金属ほど空気や酸や水と反応しやすいといえます。
金属と空気の反応
イオン化傾向のきわめて大きいカリウム〜ナトリウムは、加熱しなくてもすぐに空気中の酸素と結びつき酸化されます。
次にイオン化傾向の大きいマグネシウム・アルミニウムは、加熱すると酸化されます。
亜鉛〜水銀は、高い温度で加熱すると酸化されます。
イオン化傾向の小さい銀〜金は酸化されません。
K＞Ca>Na・・・加熱しなくても酸化
Mg＞Al・・・加熱すると酸化
Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞（H）＞Cu＞Hg・・・高温で加熱すると酸化
Ag＞Pt>Au・・・酸化しない
イオン化傾向が大きい＝酸化されやすいということは、イオン化傾向が大きい＝還元されにくいということです。
さらに、空気との反応以外の例として、イオン化傾向の大きいマグネシウムやアルミニウムなどの金属は、酸化物にふくまれている酸素と結びつき容易に酸化されます（酸化と同時に還元がおこるので、酸化物のほうは酸素をうばわれて還元されます）。
例えば、二酸化炭素に火をつけたマグネシウムを入れると、イオン化傾向の大きいマグネシウムは二酸化炭素にふくまれる酸素と結びついて酸化マグネシウムにかわり、二酸化炭素は酸素をうばわれて炭素にかわります。
金属と酸との反応
酸とは水素イオンをふくむ化合物であり、イオン化傾向が水素より大きい金属であるカリウム〜鉛を酸に入れると金属は陽イオンに変わり、酸の水素イオンは陽イオンであることをやめて気体の水素になって出てきます。
K＞Ca>Na>Mg＞Al＞Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb・・・酸に入れると水素を発生
＞（H）＞
Cu＞Hg＞Ag＞Pt>Au・・・酸に入れても水素を発生しない
中学生は以上の原則を知っていたらそれで充分ですが、実際に酸に金属を入れたときの反応は次のようになります。
イオン化傾向の大きいカリウム〜鉄は、うすい塩酸や硫酸と反応して水素を発生します。
ニッケル〜鉛は、うすい酸とはほとんど反応しません。
銅〜銀は、硝酸や熱した濃い硫酸とだけは反応して溶けます。
白金と金は、濃い硝酸と濃い塩酸を１：３の割合で混合した王水とよばれる混合液とだけ反応して溶けます。
K＞Ca>Na>Mg＞Al＞Zn＞Fe・・・うすい塩酸や硫酸と反応し水素を発生
Ni＞Sn＞Pb・・・うすい塩酸や硫酸とは反応しにくい
Cu＞Hg＞Ag・・・硝酸と熱した濃い硫酸とだけに反応
Pt>Au・・・王水とのみ反応
金属と水との反応
イオン化傾向の大きいカリウム〜ナトリウムは、水と激しく反応して水素を発生します。
イオン化傾向と電池
うすい塩酸や硫酸に、導線で結ばれた２種類の金属板を入れたものが化学電池です。
うすい塩酸に導線でつないだ亜鉛と銅を入れたときを考えてみましょう。
イオン化傾向が大きい亜鉛は電子を手ばなして亜鉛の陽イオンにかわり、塩酸に溶け出します。
電子は導線を通ってイオン化傾向が小さい銅のほうへ移動します。
塩酸にふくまれている陽イオンの水素イオンは銅から電子を受け取って気体の水素になって銅の表面に付着します。
亜鉛から導線を通って銅に移動する電子の流れが電流です。
「電子が−極（陰極）である亜鉛から＋極（陽極）である銅に移動する」ことを、「電流は＋極（陽極）の銅から−極（陰極）の亜鉛へ流れる」といっているのです。
最初に電池をつくったのはボルタです（電圧の単位ボルトはボルタに由来）。
ボルタのつくった電池は、うすい硫酸に亜鉛板と銅板を入れたものでした。
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炭素原子１個と酸素原子２個が結びついて二酸化炭素ができるので、１個の炭素原子に対して２個の酸化銅が必要です。
水素分子は２個の水素原子が結びついており、水素原子２個と酸素原子１個で水ができるので、酸化銅１個と水素分子１個で銅原子１個と水分子１個ができることになります。
