イオン化傾向とは金属元素の陽イオンへのなりやすさを表していて原子によって決まっていて、イオン化列はイオン化傾向の大きい順に並べたものです。
イオンになるということは酸化還元反応が起こるのですが、イオンになる傾向と反応性はどういう関係にあるのか覚えておかなければならない部分です。

金属のイオン化傾向

金属の単体が水または水溶液中で電子を放出して陽イオンになろうとする性質を金属のイオン化傾向といいます。

例えば、希塩酸( \(\mathrm {HCl}\) )に亜鉛( \(\mathrm {Zn}\) )を入れると亜鉛は水素( \(\mathrm {H_2}\)↑ )を発生しながら溶けます。
これは亜鉛が電子を放出して亜鉛イオン( \(\mathrm {Zn^{2+}}\) )となり、
水素イオン( \( \mathrm {H^+}\) )が電子を受け取って気体の水素( \(\mathrm {H_2}\)↑ )になったためです。

反応式では、
 
 \( \mathrm {Zn} + 2\mathrm {H^+} →  \mathrm {Zn^{2+}} + \mathrm {H_2}\)↑

と表せます。

ところが、希塩酸に銅や銀を入れても水素は発生しません
これは銅や銀が水素よりもイオンになりにくいことを意味しています。

このように金属によって陽イオンになる傾向が違うのです。

水素よりイオン化傾向が大きければ水素は発生するけど、水素よりイオン化傾向が小さければ水素は発生しません。

金属のイオン化列

金属のイオン化傾向の大きい順に並べたものを金属のイオン化列といいます。
これは重要なので必ず覚えておきましょう。(語呂合わせでも何でも良いです。)

 \( \mathrm{Li>K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Ni>Sn>Pb\\ \\
>\color{red}{(H)}>Cu>Hg>Ag>Pt>Au}\)

ionkakeiko
一般に知られている語呂合わせは、

「か(そう)かなまああてにす(る)なひどすぎる借金」

ですが、覚えやすいものを探して見ても良いでしょう。
水素は金属ではありませんが陽イオンになる基準として入れておきましょう。

金属と酸素(空気)との反応性

イオン化傾向の大きい金属ほど酸化されやすく、
逆にイオン化傾向が小さいほど酸化されにくくなります。

空気中の酸素による酸化を3段階に分けると、
 リチウム(\(\mathrm {Li}\))~ナトリウム(\(\mathrm {Na}\)):内部まで酸化される。
 マグネシウム(\(\mathrm {Mg}\))~銅(\(\mathrm {Cu}\)):表面だけ酸化される。
 水銀(\(\mathrm {Hg}\))~金(\(\mathrm {Au}\)):酸化されない

空気中でですよ。

金属と水との反応性

水との反応もイオン化傾向により反応性が変わります。
イオン化傾向の大きい金属ほど反応性は高くなります。
イオン化列を見ながら確認して下さい。

 リチウム(\(\mathrm {Li}\))~ナトリウム(\(\mathrm {Na}\))

冷水から常温の水まで激しく反応し水素(\(\mathrm {H_2}\))を発生します。

 マグネシウム(\(\mathrm {Mg}\))

熱水と反応し水素(\(\mathrm {H_2}\))を発生します。

ここまでの金属は水素が発生するとともに水酸化物も生成します。

 \(\mathrm {Mg} + 2\mathrm {H_2O} → \mathrm {Mg(OH)_2} + \mathrm {H_2}\)↑

 アルミニウム(\(\mathrm {Al}\))~鉄(\(\mathrm {Fe}\))

金属自体を高温にして、高温の水蒸気と反応させると水素を発生します。

これらの金属と水との反応では水素と酸化物が生成します。

 \(3\mathrm {Fe}\,+\,4\mathrm {H_2O} \rightleftharpoons \mathrm {Fe_3O_4}\,+\,4 \mathrm {H_2}\)

※この反応は密閉容器内だと可逆反応となり平衡状態になります。
ですが、今は気にしないでください。笑

 ニッケル(\(\mathrm {Ni}\))~金(\(\mathrm {Au}\))
水とは反応しません。

金属と酸との反応性

水素よりイオン化傾向が大きい金属は希酸(希塩酸や希硫酸)と反応して水素を発生します。

水素がイオンでいる状態より、金属がイオンになって電子を渡す側になる方が強い傾向になるからです。
その金属からもらった電子で水素は気体となって発生するということですね。


 鉛( \(\mathrm {Pb}\) )は水素よりもイオン化傾向が大きいですが、
鉛の塩である塩化鉛(\(\mathrm {PbCl_2}\) )や硫酸鉛(\(\mathrm {PbSO_4}\) )は水に溶けないので鉛の表面を覆ってしまい内部にまで酸が浸透できなくなるので、希塩酸や希硫酸とは反応しません。

反応を全くしないということではなく反応が停止するという方が正確ですね。
ただし、塩化鉛(\(\mathrm {PbCl_2}\) )は熱すると溶けるので塩酸に鉛を加え熱すると反応は進みます。

 アルミニウム(\(\mathrm {Al}\))鉄(\(\mathrm {Fe}\))ニッケル(\(\mathrm {Ni}\))

これらの金属は普通の酸には溶けますが濃硝酸には溶けません
これらの金属を濃硝酸に浸すと表面に内部を保護する酸化皮膜をつくるからです。
この状態を「不動態」といいます。

 銅(\(\mathrm {Cu}\))水銀(\(\mathrm {Hg}\))銀(\(\mathrm {Ag}\))

酸化力(酸化作用)のある硝酸(\(\mathrm {HNO_3}\))や熱濃硫酸とは反応しますが、水素ではなく違う気体を発生します。

銅と希硝酸を反応させると一酸化窒素(\(\mathrm{NO}\))

 \(3\mathrm {Cu}\,+\,8\mathrm {HNO_3} → 3\mathrm {Cu(NO_3)_2}\,+\,2\mathrm{NO}\,+\,4 \mathrm{H_2O}\)

銅と濃硝酸を反応させると二酸化窒素(\(\mathrm{NO_2}\))

 \( \mathrm {Cu}\,+\,4\mathrm {HNO_3} → \mathrm {Cu(NO_3)_2}\,+\,2\mathrm{NO_2}\,+\,2 \mathrm{H_2O}\)

銅と熱濃硫酸を反応させると二酸化硫黄(\(\mathrm{SO_2}\))

 \(\mathrm {Cu}\,+\,2 \mathrm {H_2SO_4} → \mathrm {CuSO_4}\,+\,\mathrm{SO_2}\,+\,2 \mathrm{H_2O}\)

が発生します。

反応式が書けるようになると良いですが先ずは発生する気体を覚えましょう。

 白金(\(\mathrm {Pt}\))と金(\(\mathrm {Au}\))

濃硝酸と濃塩酸を体積比で1:3に混合した非常に強い酸を「王水」といいます。
白金と金はこの王水だけに解けます。

金属のイオン化傾向(イオン化列)は覚えておいた方が良いです。
上に書いた金属の反応性からも分かると思いますが、

 イオン化傾向の大きいものほど反応性が高く、
 イオン化傾向が小さくなると反応性は乏しくなる、

ということが分かるでしょう。

酸化還元反応としては終わりではありませんが、
ここまでをひとくくりとして

⇒ 酸化還元反応 定義と電子の授受

などで復習しておくといいでしょう。

定期テストでもイオン化傾向は覚えておくように出題されますが、センター試験でも同じです。
共通テストになっても変わらないでしょう。

理論的に説明できないイオン化傾向は覚えるしかありませんよ。