亜鉛 (Zn) は、周期表の d ブロックの 12 族にある金属です。亜鉛の原子番号は 30 で、その原子核には 30 個の陽子が含まれています。亜鉛は最も一般的に +2 の電荷を持つ正に帯電した陽イオンを形成します。
亜鉛は +1 電荷を持つイオンを形成することはめったにありませんが、負電荷を持つイオンを形成することはありません。亜鉛は金属であるため、通常、他の金属と金属化合物を形成します。イオン電荷が +2 であるため、亜鉛イオンは強力な還元剤であり、イオン結合を容易に形成します。
亜鉛イオンは、実用的なアプリケーションを持つ多くの化合物を形成します。例えば、酸化亜鉛（ZnO）は電子機器用の半導体として大量生産され、硫化亜鉛（ZnS）は赤外線デバイスの光学材料として使用されています。亜鉛は、真核細胞のシグナル伝達と転写に必要な必須微量ミネラルでもあります。亜鉛イオンから作られた化合物は、対称的な結晶構造を採用する傾向があり、鉄のような無色の光沢を持っています.
イオンとは?
亜鉛から一歩離れて、最初にイオンとは何かを確認しましょう.通常、原子には同じ数の陽子と電子が含まれています。陽子と電子は等しく反対の電荷 (それぞれ +1 と -1) を持っているため、同じ数の陽子と電子を持つ原子は電気的に中性になり、各正電荷は対応する負電荷によって相殺され、その逆も同様です。
原子は電子を得たり失ったりすることができます。これが起こると、原子は反対の電荷の量が等しくなくなるため、原子は全体の電荷を帯びてイオンになります。原子が電子を獲得すると、大量の負の電荷を持ち、全体的に電荷を帯びます。負電荷。原子が電子を失うと、正電荷が豊富になり、全体的に正電荷を帯びます。負に帯電したイオンは陰イオンと呼ばれ、正に帯電したイオンは陽イオンと呼ばれます。
原子が陰イオンを形成するかどうかは、その電気陰性度によって決まります。電気陰性度は、原子が電子をどれだけ引き寄せるかの尺度です。酸素やフッ素などの電気陰性度の高い元素は、電子を非常に強く引き寄せるため、他の原子から電子を奪って陰イオンを形成する可能性が高くなります.
原子がカチオンを形成するかどうかは、原子のイオン化エネルギーに依存します。イオン化エネルギーは、原子から電子を取り除くのに必要なエネルギー入力の量の尺度です。一般に、イオン化エネルギーが低い原子は、陽イオンを形成する傾向があります。イオン化エネルギーが低い原子は、電子をより簡単に取り除くことができるため、陽イオンをより簡単に形成できます。一般的な経験則として、周期表の右側にある元素は陽イオンを作る傾向があり、周期表の左側にある元素は陰イオンを作る傾向があります。周期表全体のこの傾向は、周期表の構成に組み込まれている元素の電気陰性度とイオン化エネルギーの傾向を反映しています。
単一の原子から作られるイオンは、単原子イオンと呼ばれます。イオン性を持つ分子は、多原子イオンと呼ばれます。多原子イオンを極性分子と混同しないでください。多原子イオンは整数電荷を持ち、極性分子は部分電荷を持ちます。
イオンは、イオン結合と呼ばれる独自の結合形態に関与します。イオン結合中、正に帯電した陽イオンは近くの陰イオンを引き付け、密集した結晶格子構造に配置されます。そのため、イオン性化合物はもろく、融点が高い傾向があります。
金属や半金属からできたイオンは、金属結合と呼ばれる特殊なイオン結合を起こします。金属結合は、電子の非局在化された「海」に囲まれた金属陽イオンの正に帯電した格子で構成されています。金属結合では、価電子は軌道から解放され、分子構造全体で自由に共有されます。金属結合における電子の非局在化は、金属の延性、導電性、光沢、可鍛性など、金属特有の特性の多くを説明しています。
イオンとしての亜鉛
亜鉛は、要素の d ブロックの要素です。 [Ar]3d4s の電子配置を持っています。亜鉛は完全な d シェルを持っているため、一般的に遷移金属とは見なされませんが、一部のテキストでは遷移金属と見なされます.
亜鉛の化学は、その +2 イオン電荷によってほぼ完全に支配されています。 Zn カチオンは、4s サブシェルで 2 つの電子を放出し、満たされた 3d サブシェルのみを残します。 Zn カチオンは水に溶解して [Zn(H2 O)6 ]。ごくまれに、2 つの Zn イオンが結合して、二原子亜鉛イオン Zn2 を形成します。 、水銀二原子イオン Hg2 と同様 .これは、Zn イオンで形成された化合物の唯一の既知の例です。他のすべての亜鉛化合物は、Zn イオンで形成されます。
亜鉛イオンは、銅 (Cu) およびニッケル (Ni) イオンと同様に振る舞う傾向があります。亜鉛は酸素の存在下で急速に酸化し、酸化亜鉛 (ZnO) を形成します。純粋な亜鉛を酸で処理すると、Zn と水素ガス (H
亜鉛イオンを含む化合物の例
酸化亜鉛
酸化亜鉛 (ZnO) は、最も広く使用されている亜鉛化合物です。酸化亜鉛は、室温で無機不溶性の白色粉末です。自然に発生する物質ですが、ほとんどの酸化亜鉛は合成的に生成されます.酸化亜鉛には、六方格子と立方格子の 2 つの主な構造があります。六方晶酸化亜鉛は、酸化亜鉛の最も安定した形態であるため、最も一般的です。六角形の構造は、四面体サブユニットの複合体で構成され、それぞれが 4 つの酸素イオン (O) に囲まれた中央の亜鉛イオンで構成されています。
酸化亜鉛の対称的な結晶構造により、壊れずに変形することができます。この特性により、酸化亜鉛は非常に圧電性の高い材料になります。圧電材料は、機械力を電気信号に変換できる結晶材料です。圧電材料が変形すると、イオン構造が変位し、電荷が材料全体に均一に分布しなくなります。正味の電荷の差があるため、材料全体に電流が発生します。特に、酸化亜鉛は非常に高い圧電テンソルを持っているため、機械的応力を電位に非常に容易に変換します.
酸化亜鉛の幾何学的構造により、高い熱容量と低い熱膨張が得られます。これにより、酸化亜鉛は、釉薬やエナメルを作るためのセラミックへの応用に役立ちます。酸化亜鉛で処理されたコーティングは、焼成プロセスの高温下で割れにくくなります。この同じ特性により、酸化亜鉛はゴムの加硫や紫外線を吸収するコーティングとしても有用です。また、白色塗料の顔料としても使用されます。
酸化亜鉛は、いくつかの衛生および医療用途を示しています。歴史的に、酸化亜鉛は、かゆみのある乾燥肌と戦うために使用されるローションであるカラミンの主要な構成要素です.ベビーパウダーやフケ防止シャンプーなどの現代のスキン製品は、依然として酸化亜鉛のかゆみ防止特性を利用しています.歯科では、酸化亜鉛をオイゲノールと混合し、修復剤として歯に塗布します。最後に、酸化亜鉛は日焼け止め製品の一般的な成分です。日焼け止めに含まれる酸化亜鉛のナノ粒子が効果的に光を吸収し、紫外線から肌を保護します。
硫化亜鉛
硫化亜鉛は、化学式 (ZnS) を持つ無機化合物です。硫化亜鉛は、天然の亜鉛の主な種類であり、鉱物閃亜鉛鉱の形で見られます。硫化亜鉛はリン光を示すため、陰極線、X 線スクリーン、暗闇で光る物体などの製品に使用されます。
また、光デバイスの材料としても使用されています。硫化亜鉛で構成される固体は、可視光から赤外線の波長を透過できるため、赤外線センサーを使用するデバイスに有用な化合物です。その光学特性を与える特性により、硫化亜鉛は優れた半導体にもなります.
塩化亜鉛
塩化亜鉛 (ZnCl2 ) は、1 つの Zncation と 2 つの Cl 陰イオンの結合から形成されるイオン塩です。塩化亜鉛の主な用途の 1 つは、金属のはんだ付けです。塩化亜鉛は、さまざまな金属酸化物と反応して溶解し、透明な金属表面を露出させます。ほとんどのスモークグレネードは、酸化亜鉛とヘキサクロロエタンの反応によって塩化亜鉛の煙を生成します。塩化亜鉛は歴史的に防腐剤としても使用されており、特にうがい薬に含まれています.
酢酸亜鉛
酢酸亜鉛 (Zn(CH3 CO2 )2 ) は、有機金属塩である酢酸亜鉛は、酢酸に由来する 2 つの酢酸イオンと結合を形成する Zn イオンによって形成されます。風邪用のど飴や基本的な栄養補助食品として一般的に使用されています。
要約すると、亜鉛は原子番号 30 の d ブロック元素です。亜鉛は、最も一般的には 2+ の電荷を持つ正に帯電したイオンを形成します。ごくまれに、亜鉛が +1 の電荷を持つイオンを形成します。亜鉛イオンは、多くの一般的に使用される化合物の成分です。 Zn イオンは効果的な還元剤であり、イオン結合を容易に形成します。亜鉛のほとんどの無機化合物は可鍛性があり、熱容量が大きく、圧電性があります。亜鉛化合物は、セラミックス、光学技術、塗料、医薬品など、幅広い用途があります。
