イオン結合と共有結合の違いをわかりやすく教えてもら

質問

イオン結合と共有結合の違いをわかりやすく教えてもらえるとありがたいです！
お願いします！

回答No.1

iapetus

まとめがヘタクソなので、わかりやすく説明しようとして、ながーくなってしまいました。すみません。

物質は、よりエネルギーの低い状態（「エネルギー準位が低い」状態といいます）に移ろうとする物性を持っていることが、基本です。（それと、後述する、電気陰性度という性質が大きく関わっています。）
坂道やボウルのてっぺんに球を置くと、てっぺんの方がエネルギー準位が高く、落ち切った下の方がエネルギー準位が低いので、球は停まるまで転がって行くのです。
そして、元素粒子もまた然りで、最外電子殻の電子の数が、満杯である方がエネルギー準位が低いため、元素粒子は、最外殻電子が、自分が余っていれば不足している他の粒子へ貸し、自分が不足していれば、余っている粒子から借りて、お互い差し引きで満杯な状態になって安定しようとします。
この電子の貸し借りをするときには、まるでくっついている永久磁石を引き剥がすときに力が要るように、その粒子間には（ミクロ的に）引力が働き（これはお互いの原子核の陽子と、移動する電子との間に働く力です）、粒子は「結合」するのです。

前置きが長くなりましたが、それぞれ、以下のように理解すればいいです。

【共有結合】

「共有結合」とは、元々、最外殻電子が満杯でない「原子」が、その数を補完する数を持つ他の原子と、お互いに不足する電子を融通しあうことで発生する引力で結合することです。
最も単純な共有結合は、原子番号１、最外殻K殻の最大電子数が１（満杯は２）の水素が、もうひとつの水素原子と互いの電子１つを融通しあう（共有する）ことで水素分子として結合している状態です。
こうすると、お互いの電子を共有し、擬似的にK殻の電子数が満杯の２になる、つまり、一番低いエネルギー準位になることができるので、水素原子は単体で存在するのではなく、例えば相手が水素なら、２つが共有結合して分子を形作るのです。

また、メタンという分子は、炭素１つと水素４つが共有結合した分子です。
炭素は最外殻のL殻の電子が、満杯の８に対し４なので、４不足、または４過剰の状態の原子ですから、４つの水素と結合すると、炭素から見るとL殻が８の満杯、水素達はK殻が満杯の２と同じことになることで、安定して存在することになるのです。
同様に、塩化水素HClなども共有結合の代表とされる化合物です。

共有結合においては、反応の前後で、原子は（マクロ的に）電荷を帯びることなく、電子の貸し借りで発生する（ミクロ的な）引力で結合します。
また、「原則として」、非金属元素同士の間で起こることも重要な特徴ですが、その理由は、とても難しくここには書ききれないので、興味があれば、Wikipedia等で確認してください。

【イオン結合】

これに対し、「イオン結合」は、最外殻電子を、失ってひとつ下位の電子軌道が満杯状態になった元素（電子を失っているので相対的に（かつマクロ的に）正電荷を帯びて陽イオンになり）と、電子を獲得して電子軌道が満杯状態になった元素（電子を獲得しているので相対的に（かつマクロ的に）負電荷を帯びて陰イオンになり）が、互いの電磁気力（「クーロン力」といいます）で結合し、電荷を中和した状態のことを言います。
これも、電荷を帯びて引力が余っている状態より、相反する磁力の粒子とくっ付いている方が、エネルギー準位が低く安定しているから、結合するのです。
代表的なイオン結合の化合物は、塩（食塩、NaCl）などですね。つまり、Na+とCl-が電磁気力で交互に結合し結晶化した状態になります。

・・・・・って、「その説明おかしいじゃん！」と思われる方もおられるかもしれません。

食塩の結晶は、立方体になるのだと習いましたが、これは、三次元的にNaとClが交互に縦横高さ方向に、均等に積み重なることで生成されるんですが。
「NaとClがくっついてペアになっちゃったら、他のNaClとくっ付く余地がないじゃん。」・・・確かに。
まぁでも、共有結合なら、電子が余っていたり不足していなければそれ以上力は発生しませんが、イオン結合は、クーロン力（磁力のようなもの）での結合だ、と申した通り、隣に別のNaClが来れば、力を互いに半分づつ出しあって、どんどん隣へNa+とCl-が交互に結合していってしまい、食塩水ならその濃度が飽和状態を超えると、結晶を生成していってしまうのです。

それと、もうひとつ重要な性質としては、イオン結合は、「原則として」、金属元素の陽イオンと、非金属元素の陰イオンとの間で起こる、ということです。
NaClは、金属元素のイオンであるNa＋と、非金属元素のイオンであるCl-の結合ですよね。
このメカニズムも厳密には難しいのでWikipedia等でご確認いただきたいのですが。
平たく言えば、陽イオンになりやすい元素の金属元素は、周期表の左下側にあり、陰イオンになりやすい非金属元素は、右上側にあることがその理由、と考えればよいでしょうか。

元素粒子の結合には、他に「金属結合」と「分子結合」がありますので、ご興味があればご確認頂くと、当ご質問の一助になるかもです。

ご参照：【Wikipedia - 周期表】
http://www.ptable.com/?lang=ja#Writeup/Wikipedia

【まとめ、というか、どんでん返し】

ただ、実際には、物理化学はとても複雑な要素を孕んでいます。
突き詰めて考えると「H(水素)は、イオン化傾向では金属の仲間と扱う考えもある。なら、HClはNaClとそっくりで、考え方によっては、少しイオン結合の性質も帯びていると言えなくもなくね？」というような疑問が湧きます。
ここまで説明しておきながら、その前提を根本から覆すような事を言って恐縮ですが、実は、質問主さんが迷われるのはごもっとものことで、元素粒子の結合は、「これは共有結合だ」、「こっちはイオン結合だ」、と割り切れないケースが大半を占めます。
キーワードは「電気陰性度」という「電子を引き付ける力」に関する性質の指標で、元素の持つ電気陰性度の差が、
　電気陰性度の大きな元素の値　ー　電気陰性度が小さい元素の値　＞　2.0
　（考え方によっては、＞ 1.7）
の場合、イオン結合が主である、と言えますが、1.7～2.0　なら、共有結合とイオン結合の割合が概ね半々で、それ以下だと共有結合が主だとされています。
上記のWikipediaの周期表で、「属性」タブの中の、電気陰性度のラジオボタンを選択すると、各元素のそれを確認できます。

但し、この1.7だとか2.0に、意味があるかと言えば、単なる目安でしかなく、「共有結合：何％、イオン結合：何％」という言い方をするのが適切なのだそうです。

詳しくは、こちら↓を参照してください。
http://www5f.biglobe.ne.jp/~rokky/kaisetu/0/denkiinseido.htm