カルシウム、水銀などの酸化物なぜ酸化数が異なるものが存在するのですか？

質問

よろしくお願いいたします。
表題の通りなのですが酸化カルシウムにはCaO Ca2Oなどカルシウムの酸化数が＋1のものと
＋2のものが存在します。これはどうしておこるのでしょうか？
ご教授お願いいたします

回答No.5

htms42 · ベストアンサー

＞フェーリング反応でＣａ２Ｏが出てきて
ん？なんだこりゃと思ったしだいです

フェーリング反応ででてくるのは
Ｃｕ２Ｏです。Ｃａ２Ｏではありません。
ｗｉｋｉには酸化銅（I）と書いてあるのですからＣａと間違うなんて論外です。

遷移元素には価数が複数であるものが多くあります。
Ｃｕ(I)、Ｃｕ(II)
Ｆｅ　(II)、Ｆｅ(III)
・・・
イオン化エネルギーは確かに大きくなりますがイオン半径はほとんど同じです。イオン化エネルギーの増加よりもイオンの価数の増加による静電エネルギーの減少の方が大きいのだと思います。

お礼

すいません。
よくわかりました

回答No.4

htms42

＃３です。
＃３の
＞II族元素のイオン化ポテンシャルからすれば１価イオンの安定な化合物を分離することのできる可能性がありうるのであるが・・・

について補足します。
Ｎａ、Ｋの第一イオン化エネルギーの値は
５．１４ｅＶ，４．３４ｅＶです。

Ｍｇ、Ｃａの第一、第二イオン化エネルギーは
Ｍｇ：７．６４ｅＶ，１５．０３ｅＶ
Ｃａ：６．１１ｅＶ，１１．８７ｅＶ
です。

この第一イオン化エネルギーの値から
ＮａＣｌと同じようにＭｇＣｌ，ＣａＣｌがあってもよさそうだという趣旨だと思います。

Ｍｇの方がＣａよりもイオン半径が小さいですからイオン化エネルギーが少し大きい事を打ち消して結合エネルギーで得をする率が高いということでＭｇＣｌの方が存在の可能性が高いという立場を取っています。

格子エネルギーで得をすることでＣａＯやＭｇＯが安定に存在するというのはキッテルの固体物理の本などでも扱われています。
とにかく私の見ている本は古いものですから最近の事は分かりません。
どういう状況で考えた物質の存在であるかが分からないのでピント外れの議論になっている可能性があります。

気相中でＮａＣｌが分子である事が確認されているようですが、それに似たような状況でのことでしょうか。
気体状態では格子エネルギーを考えることが出来ませんので
ＣａＣｌ２よりもＣａＣｌの方が存在しやすいはずだという可能性があります。でも観測にかかっているのでしょうか。（Ｃａ＋のイオン半径はＮａ＋のイオン半径に比べてかなり大きいですからクーロン力の面からは「？」でしょう。）

ここでの話はＦｅ２＋、Ｆｅ３＋やＣｕ＋，Ｃｕ２＋の話とは別のものです。
水銀のＨｇ＋，Ｈｇ２＋はＦｅやＣｕの場合に近い話です。

お礼

たびたびのご回答ありがとうございました

回答No.3

htms42

＞酸化カルシウムにはCaO Ca2Oなどカルシウムの酸化数が＋1のものと
＋2のものが存在します。

ＣａＯと同等に扱うことが出来るほどＣａ２Ｏは安定な化合物なんでしょうか。

安定な化合物としてはＣａＯ、ＣａＯ２が辞典には載っています。
これ以外は見たことがありません。

コットン・ウィルキンソンの古い本を持っています。その中に
「II族元素のイオン化ポテンシャルからすれば１価イオンの安定な化合物を分離することのできる可能性がありうるのであるが実際にはそれが見られない。
・・・・・
ＭＸ２化合物の格子エネルギーが極めて大きいためＭＸ化合物はきわめて不安定で不均化してしまうことが示される。
２ＭＸ→Ｍ＋ＭＸ２
・・・・
ＣＡ，Ｓｒ．Ｂａのハロゲン化物についてのＭ－ＭＸ２固相系の詳細な研究ではＭ＋が存在しないことが確められている。」
という文章があります。

あなたの見られた本でのＣａ２Ｏはどういう状態で存在しているものなのでしょうか。

Ｃａの第一、第二イオン化エネルギーは
６．１１ｅＶ，１１．８７ｅＶ
です。
水素のイオン化エネルギーの１３．６ｅＶと比べてもらうと大きさのイメージが取れます。
単独でイオンになるということを考えても実現しないことです。Ｃａ＋よりもＣａ２＋のほうが起こりやすいということもありません。

ＣａＯが安定に存在しているのはこの大きなイオン化エネルギーを打ち消すだけの格子エネルギーがあるからです。格子エネルギーですから正負のイオンのイオン半径、電荷の両方が関係してきます。

＞酸素とカルシウムは共有結合を形成して閉殻を形成する

という理解だと書かれています。
コレもどういう状態で考えているものか私には分かりません。

Ｃａ２Ｏで閉殻構造が作れるのでしょうか。

お礼

いやいや全然専門でないのですいません。

フェーリング反応でＣａ２Ｏが出てきて
ん？なんだこりゃと思ったしだいです

ご回答ありがとうございました

補足

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%85%B8%E5%8C%96%E9%8A%85(I)

これなんですが、フェーリング反応のときに特殊に出るものと
いう理解になるということでしょうか？

回答No.2

noname#160321

>安定になる道が用意にありながら不安定状態に留まる理由はなんででしょうか？
木で鼻をくくった様なお答えで申し訳ありませんが、電子移動反応もギブスの自由エネルギーに左右される「平衡反応」なので、安定化する為の反応相手が存在しなければなりません。
カルシウムCa^+が真空中に電子を放出してCa^2+になるのはクーロン力によるエネルギーバリアが大きすぎます。

お礼

ご回答ありがとうございました。
位置エネルギーのように不安定というわけではないという事でよいでしょうか？

回答No.1

motooone

酸化数とは原子が電子を失う数の事です。
カルシウムは一般に＋２ですが、奪われやすい電子や奪われにくい電子が存在します。
カルシウムの場合一番安定する状態が＋２であるだけで、がんばり次第では（言い方は微妙ですが）＋1にもなりえるのです。
ただ、＋1のときは安定状態に戻ろうとするのでかなり不安定ではあります。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%85%B8%E5%8C%96%E6%95%B0

補足

ご回答ありがとうございました。

酸素とカルシウムは共有結合を形成して閉殻を形成すると

という理解をしているのですが
安定になる道が用意にありながら不安定状態に
留まる理由はなんででしょうか？

あわせてご教授いただけたら幸いです