イオン化エネルギーの覚え方｜周期表のルールと大小関係を理屈で整理

イオン化エネルギーの大小を、周期表のどちら向きで判断すればいいのか迷っていませんか。

語呂合わせで覚えても、イオン化傾向と混同してしまい、

テストで取りこぼす人は少なくありません。この記事では、

イオン化エネルギーの定義、周期表で大小を判断する2つのルール、

イオン化傾向との違い、第二・第三イオン化エネルギーが急上昇するポイントの見分け方までを、理屈で順番に整理します。

イオン化エネルギーとは何か

イオン化エネルギーが何を表す値なのか、まずは定義から確認しておきましょう。

電子を1個取り去るのに必要なエネルギー

イオン化エネルギーとは、気体状態の原子から電子を1個取り去って、

1価の陽イオンにするのに必要なエネルギーのことです。

値が大きい原子ほど、電子を強く引きつけていて、陽イオンになりにくいと言えます。

値が大きい原子・小さい原子の例

この値が最も大きいグループが希ガスで、最も小さいグループがアルカリ金属です。

希ガスは電子配置がすでに安定しているため、電子を取り去るのに大きなエネルギーが必要になります。

一方アルカリ金属は、電子を1個失うだけで安定な希ガス型の配置になるため、少ないエネルギーで陽イオンになれます。

イオン化エネルギーとイオン化傾向は別物

「イオン化エネルギー」と「イオン化傾向」は名前が似ているため混同しやすい用語です。

覚え方を整理する前に、この2つを区別しておきましょう。

イオン化傾向は「反応のしやすさ」の順番

イオン化傾向は、金属が水や酸と反応して陽イオンになりやすい順に並べた実験的な順序です。

K、Ca、Na…という並びを語呂合わせで覚えた人も多いはずです。

イオン化エネルギーは「電子を取るエネルギー」の大小

一方イオン化エネルギーは、原子から電子を取り去るのに必要なエネルギーの大きさを表す物理量そのものです。

周期表の位置だけで大小を説明できる点が、イオン化傾向との大きな違いです。

混同すると起こりやすい失敗

この2つを混同すると、イオン化傾向の語呂合わせをイオン化エネルギーの大小問題に当てはめてしまい、

周期表のルールで解ける問題を遠回りしてしまうことがあります。

まずは「どちらの用語を聞かれているか」を問題文で確認する習慣をつけましょう。

周期表で大小関係を覚える2つのルール

イオン化エネルギーの大小は、周期表の2つの方向だけで判断できます。

同じ周期(横)は右にいくほど大きい

同じ周期(横の並び)では、原子番号が大きくなるほどイオン化エネルギーも大きくなります。

原子番号が増えると陽子の数も増え、最外殻電子を引きつける力(有効核電荷)が強くなるためです。

同じ族(縦)は下にいくほど小さい

同じ族(縦の並び)では、原子番号が大きくなるほどイオン化エネルギーは小さくなります。

下の周期の原子ほど原子半径が大きく、最外殻電子と原子核の距離が離れるため、引きつける力が弱まるからです。

「右上が最大、左下が最小」とイメージする

この2つのルールを合わせると、周期表の右上にいくほど大きく、

左下にいくほど小さいと1枚のイメージでまとめられます。

最大はヘリウムを含む希ガス、最小はセシウムなど下のアルカリ金属になります。

比較する方向	イオン化エネルギーの変化	理由
同じ周期(横・右へ)	大きくなる	有効核電荷が増え、電子を強く引く
同じ族(縦・下へ)	小さくなる	原子半径が大きくなり、引く力が弱まる

基本ルールには例外もある(Be→B、N→O)

ここまでの2つのルールは、同じ周期・同じ族で比較するときの基本となるルールです。

ただしBeからB、NからOへ移るときは、原子番号が増えているにもかかわらず、

イオン化エネルギーが小さくなる例外があります。Beは2s軌道が電子で満たされて安定している一方、

Bはエネルギーの高い2p軌道に電子が入るため、Bの方が電子を取り去りやすくなります。

Nは2p軌道に電子が1つずつ入った、半分満たされた安定な配置であるのに対し、

Oは電子を1つ抜くとその安定な配置に戻れるため、Oの方が電子を取り去りやすくなります。

(出典：フリー百科事典『ウィキペディア』「イオン化エネルギー」の解説)まずは「右にいくほど大きい/下にいくほど小さい」という基本ルールを押さえ、

この2組の例外は余力があるときに覚えておけば十分です。

第一・第二・第三イオン化エネルギーの関係

1個の原子から電子を2個、3個と取り去るときのエネルギーにも覚えておくべきルールがあります。

電子を取るごとに必ず大きくなる理由

第二イオン化エネルギーは、必ず第一イオン化エネルギーより大きくなります。

電子を1個失った陽イオンは、残った電子の数が減る一方で原子核の正電荷は変わらないため、残りの電子をより強く引きつけるからです。

急激に跳ね上がるポイントは族番号から予測できる

さらに注目したいのが、あるタイミングでイオン化エネルギーが急激に大きくなる点です。

これは、安定な希ガス型の電子配置を崩すタイミングで起こります。

目安は「価電子の数+1番目」のイオン化エネルギーで急上昇する、というルールです。

元素	族	価電子数	急上昇する位置
Na	1族	1個	第2イオン化エネルギー
Mg	2族	2個	第3イオン化エネルギー
Al	13族	3個	第4イオン化エネルギー

覚えるときのチェックリスト

覚え方のコツ|数字でなく仕組みで判断する学習法

最後に、周期表のルールを忘れないように定着させる具体的な練習法を紹介します。

周期表を自分で描いて矢印を書き込む

白紙の周期表に、イオン化エネルギーが大きくなる方向へ矢印を書き込みましょう。

横は右へ、縦は上へ、という2本の矢印を自分の手で描く作業が、ルールを記憶に残す近道になります。

「有効核電荷」と「原子半径」の2語で説明してみる

覚え方に迷ったときは、

「有効核電荷」と「原子半径」

という2つの言葉だけで大小関係を説明できるか自分に問いかけてみましょう。

数字を暗記するのではなく、この2語で説明できる状態を目標にすると、初見の問題にも対応できます。

問題を解くときの判断フロー

問題でイオン化エネルギーの大小を聞かれたら、次の順番で考えてみましょう。

イオン化エネルギーのように、覚え方よりも仕組みの理解が点数に直結する単元は少なくありません。

一人で理屈を整理するのが難しいと感じたら、個別指導でつまずいている部分を

学習塾My Self_Learnの

サポートを活用するのも一つの方法です。

この記事で紹介したイオン化傾向との違いをさらに整理したい場合は、

イオン化傾向の覚え方の記事も参考になります。

また、周期表のルールを理解するうえでは、電子配置の知識も役立ちます。

電子配置の書き方もあわせて確認しておきましょう。

イオン化エネルギーの覚え方｜周期表のルールと大小関係を理屈で整理：まとめ

最後に、この記事のポイントを整理します。

周期表のルールを自分の手で描いて確認しながら、理屈で判断できる状態を目指しましょう。