イオン結晶のエネルギー計算は、なぜ「図」で考えるのか

――KClの生成エンタルピーとヘスの法則

化学のエネルギー計算は、数式だけを追いかけると途中で意味を見失いやすい分野です。

特にイオン結晶の生成エンタルピーは、**「どこでエネルギーをもらい、どこで放出するのか」**を整理できないと、一気に崩れます。

この授業では、KClを例にしながら、エネルギー図を使って考え方を整理していきます。

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まず確認：KClの生成エンタルピーが意味するもの

問題文には、次の情報が与えられています。

• KCl（固体）の生成エンタルピー：−436 kJ/mol

マイナスの値であることは、

KClができるときにエネルギーが放出される（発熱反応）

という意味です。

ここから先の計算は、

「どうやって −436 kJ/mol という結果にたどり着くか」

を分解して考えていく作業になります。

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エネルギー図は「状態の変化」を並べる図

エネルギー図では、物質の状態を**縦方向（エネルギーの高低）**で表します。

ポイントは次の通りです。

• 気体になるにはエネルギーが必要

• 結合を切るにはエネルギーが必要

• 安定な状態になるとエネルギーは下がる

KClの生成を考えるときも、

いきなり「KCl（固体）」を考えるのではなく、

途中の状態を一つずつ並べていきます。

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Cl₂は必ず「1/2」にする理由

今回扱うのは KCl 1 mol です。

一方、塩素は自然界では Cl₂ という分子として存在しています。

そのため、Cl₂をそのまま使うと数が合いません。

• KCl 1 mol → Cl 原子は 1 mol 必要

• Cl₂ 1 mol → Cl 原子は 2 mol

このズレを調整するために、

Cl₂ → 1/2 Cl₂

という処理が必要になります。

この「1/2」を忘れると、

結合エネルギーの計算がすべてずれてしまいます。

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格子エネルギーは「ゴールがイオン」である

ここからが、やや新しい考え方です。

格子エネルギーとは、

イオン結晶を、

気体状態のバラバラなイオンに分解するために必要なエネルギー

を指します。

重要なのは、

• ゴールが 中性原子 ではない

• ゴールは K⁺ と Cl⁻ である

という点です。

そのため、途中の状態として必ず次を考えます。

• K → K⁺ ＋ e⁻

• Cl ＋ e⁻ → Cl⁻

ここで「イオン化」と「電子のやり取り」が登場します。

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イオン化エネルギーと電子親和力の整理

ここは、高1で学んだ内容の復習です。

イオン化エネルギー

• 原子が 陽イオン になるときに必要なエネルギー

• エネルギーを吸収する（プラス）

例：

• K → K⁺ ＋ e⁻

電子親和力

• 原子が 電子を受け取って陰イオンになるとき に放出されるエネルギー

• エネルギーを放出する（マイナス）

例：

• Cl ＋ e⁻ → Cl⁻

この2つは、正誤問題でも頻出で、

混同すると一気に点を落としやすい部分です。

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数値をエネルギー図に入れていく

この授業では、次の値を確認しながら図に入れていきました。

• 生成エンタルピー：436

• イオン化エネルギー：89

• 結合エネルギー：240 × 1/2

• 電子親和力：349

• その他のエネルギー値

ここでは、符号をつける前に「絶対値」で整理します。

なぜなら、

符号は「どの経路で考えるか」によって意味が変わるからです。

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ヘスの法則が効いてくる理由

最後に使うのが ヘスの法則 です。

どの経路を通っても、エネルギーの総和は同じ

エネルギー図では、

• 直接下がる経路

• いくつか段階を踏む経路

どちらで考えても、

最終的なエネルギーの差は同じになります。

ここで重要なのは符号の扱いです。

• 上がるとき：すべてプラス

• 下がるとき：マイナス

途中で「下がっているように見える」部分でも、

選んだ経路によっては「上がる」として扱う必要があります。

この整理ができると、

格子エネルギーを含む計算でも迷いにくくなります。

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まとめ：この分野で崩れないために

イオン結晶のエネルギー計算で大切なのは、暗記ではありません。

• 状態を一つずつ並べる

• 原子か、イオンかを常に確認する

• エネルギーの出入りを図で整理する

• 最後にヘスの法則でつなぐ

この流れを守ることで、

数値が多少変わっても対応できる力が身につきます。