イオン結合と共有結合の違い — 重要ポイントをわかりやすく解説

イオン結合と共有結合を最も手早く見分けるには、電子が主にどう振る舞っているかを考えることです。電子が移動して、反対符号の電荷をもつイオンができるほどであれば、その結合は イオン結合 と説明されます。電子が原子どうしで共有されているなら、その結合は 共有結合 と説明されます。

初学者向けの多くの例では、金属 + 非金属 ならイオン結合、非金属 + 非金属 なら共有結合と考えます。この近道は役に立ちますが、定義そのものではありません。より確実なのは、電子がどう分布しているかを見ることです。

イオン結合と共有結合の違いをひと目で確認

イオン結合は、陽イオンと陰イオンの間にはたらく静電気的な引力としてモデル化されます。共有結合は、2つの原子が共有する1組の電子対を互いに引きつけるものとしてモデル化されます。

この違いは、予想される構造にもよく表れます。イオン性物質は、独立した小さな分子ではなく、ふつうは広がった結晶格子をつくります。共有結合性物質は、水、酸素、二酸化炭素のような分子をつくることが多いですが、大きなネットワーク構造をつくるものもあります。

結合がイオン結合か共有結合かを決めるもの

イオン結合のモデルでは、電子密度が十分に片寄るため、一方の原子は正に帯電し、もう一方は負に帯電しているものとして扱います。そして結合は、それらの電荷の間の引力に基づいて考えます。

共有結合のモデルでは、電子は完全に移動したものとはみなしません。その代わり、原子どうしが電子対を共有し、両方の原子核がその共有された電子密度を引きつけます。

だからこそ、移動 と 共有 は単なる用語ではありません。これは、電子がどこに集中しているかを化学者がどうモデル化するかという、2つの異なる考え方を表しています。

実際の物質は、いつも完全にどちらか一方とは限りません。結合はイオン結合性と共有結合性の両方の性質をもつことがあるため、イオン結合か共有結合かという分類は、特に初学者向けの化学では便利なモデルとして捉えるのが適切です。

例題：塩化ナトリウムと水の比較

塩化ナトリウム、$\text{NaCl}$ は、典型的なイオン結合の例です。初学者向けのモデルでは、ナトリウムは電子を1個失い、塩素は電子を1個受け取ります。

$$\text{Na} \to \text{Na}^+ + e^-$$ $$\text{Cl} + e^- \to \text{Cl}^-$$

$\text{Na}^+$ と $\text{Cl}^-$ の間の引力によって、固体は繰り返し構造をもつイオン結晶格子として保たれます。

一方、水 $\text{H}_2\text{O}$ は異なります。酸素も水素もどちらも非金属であり、$\text{O}-\text{H}$ 結合は電子が共有されているため共有結合として扱われます。共有のしかたは等しくないので、この結合は 極性共有結合 ですが、それでもイオン結合ではなく共有結合です。

並べて比べると、その違いははっきりします。塩化ナトリウムは格子中のイオンとしてモデル化されますが、水は原子間で電子対を共有する分子としてモデル化されます。

よくある間違い

金属と非金属の組み合わせを定義そのものだと思う

このパターンは初学者向けの化学ではよく当てはまりますが、あくまで近道です。より本質的な説明は、周期表上の分類そのものではなく、電子の分布にあります。

共有結合は必ず完全に等しい共有だと思う

共有結合とは、電子が共有されているという意味です。共有のされ方は偏っていてもよく、その場合は 極性共有結合 になります。

イオン結合は小さな2原子分子1個だと思い込む

塩化ナトリウムのような固体では、より適切なイメージは、大きく繰り返したイオン結晶格子です。孤立した小さな分子の集まりではありません。

この違いが役立つ場面

イオン結合と共有結合の区別は、構造や性質を最初に予想したいときに役立ちます。たとえば、イオン結晶は融点が高いことが多く、融解したときや水に溶けたときに電気を通します。一方、分子からなる共有結合性物質は、しばしば異なるふるまいを示します。

また、ルイス構造、電気陰性度、結合の極性、分子間力といった話題に進む前の、最初の分類としても有用です。

似た比較を自分でもやってみよう

$\text{MgO}$ と $\text{CO}_2$ を使って、自分でも同じ比較をしてみましょう。どちらの場合も、同じ問いを立てます。電子は主に移動してイオンをつくるほどなのか、それとも主に原子間で共有されているのか。次の一歩として役立つのは、電気陰性度を調べて、なぜある共有結合は他のものよりずっと極性が大きいのかを見ることです。