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海の塩辛さの理由
- 海が塩辛い理由について疑問があります。
- 地球が形成された際、塩素ガスが大気中に多く存在し、それが雨となって海になりました。
- 海中のナトリウムイオンの存在量が多いことが、海の塩辛さの原因となっています。
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「塩」の溶解するためには、水の分子との親和力が問題になります。 水との親和力より、塩を構成するイオンの結合力が強ければ、溶解しません。 ２種類以上の金属板などを電解液に漬け、電線でつなげると、電流が流れ、一方が溶解し、もう一方に析出などする現象があり、これを説明するのに、イオン化傾向というものがあります。 電池やメッキの原理ですね。
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- ht1914
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溶けるという言葉の意味を確認しておきます。 塩が水に溶ける、砂糖が水に溶ける、石膏は水に溶けにくい、・・・。コレと同じようにナトリウムは水に溶けると不用意に使っている文章を時々見ますので。 塩も砂糖も基本になる粒があります。塩の場合はＮａ＋とＣｌ－のイオンです。砂糖の場合は砂糖の分子（Ｃ１２Ｈ２２Ｏ６）です。 水に溶けるという場合この様な基本粒子のレベルにまでバラバラになって水の中に分散していく事が起こっています。１００個くっついた粒でというのはまだ完全には溶けていないのです。溶けた粒子は周りを水に取り囲まれています。どれくらいの水があればくっついて元に戻ってしまうのを防ぐことが出来るかは物質によって異なります。これで溶解度が決まります。溶けるということはただバラバラになるということですから化学反応ではありません。水を蒸発させれば元の物質に戻ります。 （分子であるのに水に溶けるとイオンに別れるものもあります。分子性の電解質といいます。二段階で変化が起こっていると考えると良いでしょう。水に溶けるという変化とイオンに別れるという変化とです。分子性の電解質は水がなければイオンにはなれません。イオン性の電解質は固体の時からイオンで出来ています。） ナトリウムを水に入れるとどんどん小さくなっていきます。溶けるという言葉を使っている人がいます。でも溶けるときに気体が発生しています。水を蒸発させてももう元のナトリウムには戻りません。白い固体が残るだけです。これは溶解ではなくて反応です。 イオン化傾向は溶解には関係しません。反応に関係します。 次の２つの反応式の中で実際に起こるのはどちらでしょうか。 （反応の起こる方向についての問題です。） Ｚｎ ＋ Ｃｕ２＋ → Ｚｎ２＋ ＋ Ｃｕ Ｚｎ２＋ ＋ Ｃｕ → Ｚｎ ＋ Ｃｕ２＋ イオン化傾向はこの判断の根拠になります。 イオンとイオンを混ぜても何も起こりません。 Ｚｎ２＋ ＋ Ｃｕ２＋ → ？ 次の場合は？ Ｃｕ ＋ ２Ｈ＋ → Ｃｕ２＋ ＋ Ｈ２ Ｚｎ ＋ ２Ｈ＋ → Ｚｎ２＋ ＋ Ｈ２
お礼
ありがとうございます。 一応、溶解と反応の区別はついているつもりです。 イオン化傾向の違いによる金属の析出など、自分は実際に実験をやった経験があります。つまり、イオン化傾向は、金属イオン← →金属単体 の両方向への反応に関係があるのです。 自分の質問は、金属単体というよりも、炭酸塩になっているもののうち、ナトリウムとカルシウムのイオン化傾向がカルシウムのほうがイオン化傾向が高いのに、なぜ、海水中にはカルシウムイオンがナトリウムイオンに比べてあまりないのかと言うものでした。そして、この疑問は、一価イオンの形ではカルシウムのほうがイオン化傾向が高いが、現実には、カルシウムイオンは２価のイオンでしか存在せず、カルシウムの２価のイオン化傾向はナトリウムの１価のイオン化傾向よりもかなり低いので、そのため、炭酸塩の形でどんどん沈殿してしまい、カルシウムイオンの形で海水中に存在し得ないのだと言うことだと考えています。 ともかく、ありがとうございました。
- kb-nike
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ANo.7 補足： ＜「化合物の溶解度」とは、イオン化傾向によって基本的に決まるものと思っていたのですが、違うのですか。 違います。 例えば、同じカリュウム（イオン）の塩でも、 塩化物は易溶ですが、過塩素酸塩は難溶です。 塩化カルシュウムは吸湿剤に使われるほどの易溶ですが、硫酸塩（石膏）は溶解度が小さいです。 ＜もし違うのなら、イオン化傾向とはどんな意味があるのでしょうか。 イオン化傾向は、文字通り、金属状態（ゼロ価）から（プラス）イオンへのなり易さを示す指標の一つです。 定量的には、酸化還元電位を使います。 （大雑把には、イオン化傾向は金属を酸化還元電位の順に並べたもの、と言えます。）
お礼
ありがとうございます。 ＞塩化物は易溶ですが、過塩素酸塩は難溶です。 は、単に、イオンの価数が異なるからではありませんか。 過塩素酸塩は、価数が２価または３価になるはずですよね。そうなら、当然イオン化エネルギーもずっと大きくなるはずです。 ＞イオン化傾向は、文字通り、金属状態（ゼロ価）から（プラス）イオンへのなり易さを示す指標の一つです。 ということなのですから、当然、イオン化合物相互間の溶けやすさを意味するのではないでしょうか。 ともかく、ありがとうございました。
- kb-nike
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＜つまり、イオン化傾向とは別の要素が働いていると言う意味だと思うのですが、その別の要素がどんなものなのか、疑問なのです。 既に、ANo.5の回答者さんが解説してくださっていますが…。 海水中にカルシュウム（イオン）よりもナトリュウム（イオン）が多い理由は、イオン化傾向ではなく、塩（エン）の溶解度です。 再度書きます： カルシュウムもナトリュウムも水（分）がある状況下では、金属状態（単体）では存在出来ません（水素を発生して水酸化物になります）。 すでに、水酸化物の状態で（水酸化）カルシュウムの方が溶解度が小さいですが、水中に二酸化炭素イオン、リン酸イオン、硫酸イオンなどが存在すれば、カルシュウム（イオン）はこれら結合してさらに溶解度の小さい塩を作って沈殿します。 したがって、溶けているカルシュウム（イオン）はいっそう少なくなります。 一方、ナトリュウム（イオン）には（水に）難溶の塩はないので、一旦溶けたナトリュウム（イオン）は減ることはありません。 要するに、水がある環境ではナトリュウムもカルシュウムも金属状態では存在せず、全てイオンとしてしか存在できない。 ナトリュウムもカルシュウムもイオンとなった状態から話が始まるわけですから、金属状態からプラス・イオンへの酸化され易さの目安であるイオン化傾向は関係ない、と言うことになります。 質問者さんは、２価（2+）と１価（1+）に拘っておられるように、拝察されますが、ナトリュウム・イオンでは１＋が、カルシュウム・イオンでは２＋が、それぞれ非常に安定で、イオン価の変化については考える必要はありません。 （上に、「ナトリュウム（イオン）には（水に）難溶の塩はない」、と書きましたが、あくまで自然に存在する塩基との塩のことで、重量分析のために開発された難溶性の化合物は存在します。） 納得いただけたでしょうか？
お礼
ありがとうございます。 なにか、自分が勘違いしているのでしょうか。 「化合物の溶解度」とは、イオン化傾向によって基本的に決まるものと思っていたのですが、違うのですか。 もちろん溶解度と言う時に、有機物や無機物の区別があることも分かります。そして、無機塩の水溶液中での溶解度とは、基本的にイオン化傾向にしたがって並ぶのかと思っていたのですが、違うのでしょうか。 もし違うのなら、イオン化傾向とはどんな意味があるのでしょうか。
- ht1914
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＃５です。 ＞自分の疑問は、カルシウムのほうが、ナトリウムよりイオン化傾向が高いのに、なぜ、海水中にナトリウムイオンがカルシウムイオンより圧倒的に多いのか、と言うものです。 ＃５の中で答えているはずなんですが。読みとれませんか。 （１）で「地球の歴史のほんの初期の段階で反応してイオンになってしまっているのですからイオン化傾向は関係がない」と書いたのですが。金属のナトリウム、カルシウムが金属として地殻中に存在していると考えておられるのですか。 （２）で「もし何らかのことで金属が存在して水と接触したとします。どちらも反応します。違いは出てきません。」と書いたことも理解されなかったようですね。Ｃａを水と反応させる実験はされたことはありませんか。試験管にＮａの粒とＣａの粒を一緒に放り込んだとします。どちらも水素の泡を出して溶けていきます。 「金属とイオンの区別は分かっている」書かれていますが本当ですか。 ＞塩酸の海が岩石中のナトリウムを溶かしたと言う説明がされていますが、カルシウムのほうがナトリウムよりもイオン化傾向が大きいですよね 岩石中のナトリウムというのがイオンなのです。金属ではありません。塩酸の海でナトリウムが溶け出したというのもおかしいですね。もし金属ナトリウムであれば水と反応しますから塩酸である必要はありません。水でなくて塩酸に溶けるというのであれば既にイオンになっています。塩酸の雨が降るというのも「？」です。こういう事を書いてある本があったのですか。それとも食塩のＮａＣｌに対応してこじつけたものですか。 海水中ではカルシウムイオンの方がナトリウムイオンよりも少ないというのは化合物の溶解度の問題です。 イオン化傾向はＣａのほうがＮａよりも大きいとされています。酸化還元電位で見ています。それほども離れていません。 対応する反応は Ｎａ→Ｎａ＋＋ｅ－ Ｃａ→Ｃａ２＋＋２ｅ－ です。２．７１Ｖと２．８７Ｖです。 ちなみに亜鉛の場合は１．１８Ｖです。 ＮａやＣａが地殻中に金属として存在するのであればイオン化傾向のずっと小さい鉄や亜鉛はもっと容易に金属として手にはいることになると思いませんか。（コレもすでに書きました。） ＞カルシウムイオンは二価のイオンなので、イオン化に要するエネルギーが一価のナトリウムイオンよりずっと大きく、そのためかと今は思っています。この考え方で正しいのでしょうか。 イオン化傾向と同様、関係ありません。 海の水の中の食塩も地殻の中を循環しています。岩塩というのをご存知ですね。地殻変動に伴って海中から地殻に移動したものと考えられると思うのですが。＃５で書いたように１億年というスケールです。４０億年程度あれば何回も循環を繰り返しています。 反応しやすいものは反応してしまっていると書いた地球の初期とは岩石が出来るまでの時間ということです。岩石が出来るような反応が起こっていてＮａやＣａが反応せずに残っているということは考えられません。
お礼
ありがとうございます。 なにか、自分が勘違いしているのでしょうか。 「化合物の溶解度」とは、イオン化傾向によって基本的に決まるものと思っていたのですが、違うのですか。 もちろん溶解度と言う時に、有機物や無機物の区別があることも分かります。そして、無機塩の水溶液中での溶解度とは、基本的にイオン化傾向にしたがって並ぶのかと思っていたのですが、違うのでしょうか。 もし違うのなら、イオン化傾向とはどんな意味があるのでしょうか。
- ht1914
- ベストアンサー率44% (290/658)
＃３の解答の中でも触れられていますが イオン化傾向は関係がありません。 （１）今のような岩石の地球が出来上がった時からずっとＮａやＣａはイオンです。岩石の構成成分として存在しています。金属では存在していません。周りに反応するものがあれば反応してしまっています。水が存在するということ自体、水素と酸素が反応してしまう条件下にあったということですから。（水素と酸素は普通の温度でただ混ぜるだけでは反応しません。）４５億年の本当に初期の段階で反応しやすいものはすべて反応してしまっているはずです。生物の発生よりもずっと昔のことです。 その後の時間では物質の循環が起こっているだけだろうと思います。今の海は水に溶けやすいものがだんだんと海の中に濃縮されていった結果出来上がったものです。（川の水の中に溶け込んでいるＮａ＋の濃度で現在の海の塩分濃度になるためにはほぼ１億年ほどかかるということです。） （２）金属のＣａと金属のＮａを水に入れたとします。どちらも反応していきます。Ｃａが反応してからＮａが反応するということではありません。これは希硫酸に鉄と亜鉛を入れた場合と同じです。どちらも反応していきます。鉄と銅を入れた場合は鉄だけが反応します。このあたりで混乱しているところもあるのではないでしょうか。 （３） ＞また、海中にある貝のからは、基本的にカルシウムがおおくふくまれているはずですから、イオン化傾向から言ったら、ナトリウムが多く含まれる海水と反応して、カルシウムが溶けるはずだと思うのですが、なぜ、貝の殻は溶けてしまわないのですか。 イオンと金属の区別が出来ていません。貝殻にカルシウムが含まれているというのはイオンとしてです。具体的には炭酸カルシウムです。 ＣａＣＯ３の中では２＋のイオンです。 「カルシウム１日６００ｍｇ」というのもイオンとしてです。カルシウムの実験でカルシウムの粒を生徒に渡すと必ず「コレを食べたら身体にいいの？」という質問が出てきます。「食べたら胃に穴が空いてしまうよ！」と返事します。 （４）イオン化傾向は金属元素の単体（コレが金属です）がイオンに変化する性質の強さを比較したものです。 金属としての鉄と化合物の中に含まれている鉄イオンとは全く別物と言ってもいいくらいです。 単体と化合物、金属とイオン性物質、分子性物質、・・・習っていると思います。 （５）金属元素の単体（金属）を金属元素を含む化合物から取り出すのには手間がかかります。その材料となる化合物は普通「鉱石」と呼ばれています。取り出す方法が精錬です。鉄の場合だと鉄鉱石と言います。ナトリウムやカルシウムに比べてイオン化傾向の遙かに小さな鉄でさえ鉄鉱石の形でしか手に入らないのです。反応してしまっているということになります。 （６）ｐＨも関係がありません。溶けるか溶けないかですがイオンとしての状態は同じです。ある化合物が異なる化合物に変わるだけです。 酸化・還元反応と酸・塩基反応の違いも習っているはずです。
お礼
ありがとうございます。 金属とイオンの区別は出来ているつもりです。金属から酸化還元反応の結果、イオン化するという理解でいいのですよね。自分の疑問は、カルシウムのほうが、ナトリウムよりイオン化傾向が高いのに、なぜ、海水中にナトリウムイオンがカルシウムイオンより圧倒的に多いのか、と言うものです。 ただ、No.1の方の回答の補足に書かせていただいたとおり、カルシウムイオンは二価のイオンなので、イオン化に要するエネルギーが一価のナトリウムイオンよりずっと大きく、そのためかと今は思っています。この考え方で正しいのでしょうか。 回答をいただければありがたく思います。
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難しく考えすぎなのではないでしょうか？ 地球に大陸ができ、川ができてから、何億年が経過しているか分かりませんが、その時間の間、川は陸にあるミネラル分を供給しています。 海に流れ込んだミネラル分は、生物が取り込むなどしないと減少しない一方、水分は蒸発していきます。 カルシウムは難溶性の塩も形成する一方、ナトリウムはほとんどの塩が易溶性です。 とすれば、川から流れ込むイオンは、カルシウムよりナトリウムの方が多くなると考えられます。これらが長い時間かけて、蓄積され、ナトリウムイオンが多くなっていると考えます。 基本的に塩がとけ込んで海へ運ばれるので、陰イオンも豊富に含まれていると思われます。 海水のｐＨが酸あるいは、アルカリに傾いていれば、金属を溶かし込むこともあり得ると思いますが、中性に落ち着いて、濃度の分布もほぼ一様なので、イオン交換があまり起こらないと考えます。
お礼
ありがとうございます。 カルシウム塩がナトリウム塩に比べて溶けにくいというのは分かっているのです。ですから、本来は、「カルシウムはナトリウムよりイオン化傾向が大きいのに、なぜ、カルシウム塩はナトリウム塩より水溶液中でイオン化しにくいのか」と言う疑問なのです。 ＞海水のｐＨが酸あるいは、アルカリに傾いていれば、金属を溶かし込むこともあり得ると思いますが、中性に落ち着いて、濃度の分布もほぼ一様なので、イオン交換があまり起こらないと考えます。 すいません。中性の時は、金属のイオン化は起きないのでしたっけ。確かに、水素が発生しないので、一定量以上の金属がプラスイオンになることはないと言うのは分かるのですが、もともと電解質（この場合は塩化ナトリウムという中性塩の電解質）水溶液なので、金属ナトリウムとカルシウムイオンの置き換えが、ある程度の規模、つまり、実験室で観察できるような速さは持たないかもしれませんが、かなり遅い速度でも確実に起こるような気がするのですが、違うのでしょうか。 つまり、海水が触れる岩盤中にある炭酸カルシウムと海水中のナトリウムイオンが反応し、炭酸ナトリウムが析出すると言うような反応が、かなり遅くとも起きるような気がするのですが、やはり間違っているのですね。
- kb-nike
- ベストアンサー率36% (72/200)
＜…にカルシウムがおおくふくまれているはずですから、イオン化傾向から言ったら、ナトリウムが多く含まれる海水と反応して、カルシウムが溶けるはずだと… 貝殻中のカルシュウムは、金属（状態）ではなくリン酸塩などの形で既に（２+の）イオンとして含まれています。 したがって、酸化・還元の傾向（の強さ）を表す「イオン化傾向」は関係ありません。 この場合、カルシュウム塩には（水に）難溶の塩があることに対して、ナトリュウム塩には難溶性の塩が殆どないことが、海水中にナトリュウム（イオン）が多いことの理由になるとおもいます。
お礼
ありがとうございます。 すでに、細胞内でリン酸塩の状態になっているので、貝殻を形成する時にも、難溶性があると言うことなのでしょうか。 ともかく、ナトリウム塩のほうがカルシウム塩よりも水溶性が高いと言うことなのですよね。でも、イオン化傾向はカルシウムのほうが高い。これって、何か矛盾していませんか。つまり、イオン化傾向とは別の要素が働いていると言う意味だと思うのですが、その別の要素がどんなものなのか、疑問なのです。
- accura
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質問：海はどうして塩辛いのですか 答え：ふつうの海では、1リットルの海水中に32～38gの各種の物質が溶け込んでいます。そして、その8割を食塩のもととなるナトリウムイオンと塩素イオンが占めています。海水が塩からいのはそのためです。ではなぜ食塩が多いのかというと、 地球を作っている物質の中で、ナトリウムイオンと塩素イオンは水に溶けやすく、また他の物質にくらべて海水中にきわめて安定して存在し、化学反応や生物によって除かれることがほとんどないためです。世界中の海洋の95%以上において塩分濃度は、100分率であらわすと、 通常3.3～3.7%の範囲にあり、平均は約3.5%です。 大西洋の北部亜熱帯海域の水は大変塩からく、濃度が3.79%にもなります。 太平洋はやや濃度が低く(太平洋の深海部でおよそ3.4%)、北極海や南極海で最 も低くなります。 氷が解けたり、河川が流れ込んだり、降水量がきわめて多かったりして、大量の淡水 が入り込む場所では、海水の塩分濃度は低くなります。 最も塩からいのは雨や河川の流れ込みがほとんどなく、蒸発が盛んな海です。例えば ペルシャ湾や紅海の塩分濃度は4.2%以上あります。
お礼
ありがとうございます。塩分の濃度分布など、いろいろありがとうございました。 ただ、イオン化傾向というのは、塩が水溶液中でイオンになりやすい順番のことですよね。 炭酸塩の時に、なぜ、カルシウムよりもナトリウムのほうが溶けやすいのか、疑問です。これは、強酸か弱酸という区別と関係があるのでしょうか。 もしそうなら、塩化カルシウムと塩化ナトリウムで塩化カルシウムのほうが難溶性が強いということなのでしょうか。でも、なぜ、カルシウム塩はナトリウム塩と比べて難溶性が強いのでしょうか。
- sanori
- ベストアンサー率48% (5664/11798)
東京大学の、高名な学者さん（お名前失念、テレビにもよく出ていた方）の講演を聴いたことがあるのですが、 大陸とプレートの運動によって、炭酸カルシウムが地中に引き込まれるんだそうです。 炭酸カルシウムは沈殿しますから、海水中で岩になるわけです。 これは、他の惑星の大気が二酸化炭素なのに、地球の場合は大気に酸素が多いという理由でもあります。
お礼
ありがとうございます。 炭酸カルシウムが地中に引き込まれると言うのは、マグマの高熱により炭酸カルシウムが分解されて、酸化カルシウムになると言う意味ですか。そうすると、分離されるのは、二酸化炭素になると思うのですが、地球に酸素が多い理由となるのでしょうか。 現象として、炭酸カルシウムが難溶性で、炭酸ナトリウムより沈殿しやすいのは分かります。しかし、なぜ、イオン化傾向がナトリウムよりカルシウムのほうが高いのに、海水中で、イオン化、つまり、溶解しないのか、疑問です。
補足
ありがとうございます。 回答が分かったのかもしれません。つまり、カルシウムは二価のイオンなので、第２イオン化エネルギーで比較しなければいけないのですね。ナトリウムイオンは基本的に１価のイオンなので、第１イオン化エネルギーで比較することになり、これなら、カルシウムのほうがずっとイオン化傾向が低いので、海水中にナトリウムイオンが多く存在すると言う理由が分かります。 しかし、この理解の仕方で正しいのでしょうか。
お礼
ありがとうございます。 自分の感覚とほぼ同じです。析出の説明にイオン化傾向がつかわれますよね。 どうも、他の方の議論がよく分かりません。 ありがとうございました。