銅イオン（Ｃｕ）はなぜ、イオンの価数変わるのですか？どうしても納得できません。原子番号２９番ならば、Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個、ここまでで１０個入って、残りの、１９個はＭ殻にまた８個入って、残り １１個は、Ｎ殻に８個入って、残りは３個で、最外殻価電子は、３個だから、３個電子が取れて、３価の陽イオンになる気がするのですが・・・２価の陽イオンになったり、１価の陽イオンになったり、意味がわかりません。 せっかく価電子の数や、原子番号も覚えたのに、銅に手こずっています。 空気中に放置して酸化された酸化銅は１価、加熱すると２価、なぜなのでしょうか？

せっかく原子番号やK殻、L殻に入る価電子数を覚えたのにつらいですよねぇ。。。 その２つを暗記すれば、性質を知らない原子でも何価のイオンになるかがわかりやすくなるために使いますよね。 ただ、もちろん例外というものも存在するために、一概には言えないのです。私は陽イオンと陰イオン共に、2価までは質問者さんが考えている方法で価電子数や酸化数を考えていますね。 さて、本題に移ります。高校では、「便宜上（教える上で理解しやすいため）、事実と異なることを覚える」ということがあります。 悪く言えば、ウソを教えるということになってしまいますが、大まかな概念としてはあっているためにそのように指導することになります。（私自身も高校生相手に教えるときはどのように言えばいいのか悩むときもあります・・・orz) 事実 「電子殻というものはそもそも存在しない。s,p,d,f軌道が本来の電子の軌道である」 「最外殻電子は８個になっても安定しないことも多々ある」 「イオンになるときは、必ずしも最外殻電子から電子がとれるとは限らない」 ということを大学にいくと学びます。高校ですと、そう教えないと内容が膨れ上がって収拾がつかなくなるためにこのように略された形で教えているのです。一部高等学校の教科書にも、「便宜上このように教えているのであって、正しくは違う」と書かれています。 この質問にきちんと答えるためには、大学の化学系の学科で学ぶ「エネルギー準位」という概念を学ぶ必要があります。 このエネルギー準位とは、エネルギーの低い順番で軌道を並べたものと思ってください。 最初にＬ殻に電子が入らずにＫ殻に電子が入るのはなぜかというと、Ｋ殻のほうがエネルギーが低くても入ることができるからです。 マラソンに例えていうと、校庭を一周するために100mのトラックと150mのトラックがあるとします。 同じタイムで一周しないといけないなら、どちらのトラックのほうが楽にできるかというと、100mのほうですよね。 150mのほうは、それなりの速さで回らないといけないため、その分エネルギーを使います。 この場合の100mがK殻 150mがＬ殻です。 そのため、100mのトラックのほうから人が埋まっていくのです。 しかし、100mトラックを走れるのは2人だけという決まりがあるために、あぶれるとＬ殻である150ｍのほうに人が移っていきます。 そういう感じで電子が配置されていくのです。 電子殻の考えでいくと、Ｋ殻に２つ Ｌ殻に８つ Ｍ殻に18個 Ｎ殻に１つの電子が入るはずです。（Ｍ殻は８つではなくて１８個入ります） さて、そうなるとこのＮ殻の１つが取れて1価の陽イオンになるような気がしますよね。 【Ｃｕ2Ｏなどの場合はこのような電子配置を取ります。（Ｋ：２ Ｌ：８ Ｍ：１８）】 次に2価の場合です。 先にどのような配置になるかを書きます。 【ＣｕＯなどの場合はこのような電子配置を取ります。Ｋ：２ Ｌ：８ Ｍ：１５ Ｎ：２】 なぜこのような電子配置を取るのか？実は、Ｍ殻の後ろのほう（１５～１８あたり）とＮ殻の最初（１～２）の電子と比べると、先ほど申し上げましたエネルギー準位にほとんど差がないのです。 マラソンに例えますと、あまりにもトラックが広くなって1500m走になったとします。このすぐ外に1501mのトラックがあったとします。 この場合の1500mがＭ殻の後ろのほう、1501mのほうがＮ殻の最初のほうです。 さほど差がないために、どっちを走っても同じような感じであるために、ちょこちょこトラックを変えたりするのです。 そのため Ｋ：２ Ｌ：８ Ｍ：１８ Ｎ：１のＭ殻の電子が１つＮ殻に移動して Ｋ：２ Ｌ：８ Ｍ：１７ Ｎ：２となり、イオンになるときはさらにＭ殻から電子が２つ放出されて Ｋ：２ Ｌ：８ Ｍ：１５ Ｎ：２という形になるのです。 ちなみに空気中に放置して酸化された銅を加熱すると、「2価から1価」になります。 なぜそうなるかといいますと、上にも書いたように、1価のほうがエネルギー的に安定するからです。 普段のエネルギーですと2価のほうが安定するのですが、外から熱というエネルギーを与えた場合は1価のほうが安定するためにそのような変化を起こします。 もちろん熱することをやめて常温にすれば、じわじわと2価の酸化銅に戻ります。 余談ですが、1価の酸化銅をさらに熱し続けると1800度を越えたあたりから酸素が取れて銅に戻ります。 もちろんこれも熱することをやめて常温にすれば十円玉のごとく、じわじわ2価の酸化銅になります。 ちなみに鉄も2価になったり3価になったりしますが、同じような理論です。 ちょっと詳しく知りたいなら http://www5f.biglobe.ne.jp/~rokky/kaisetu/0/hukuenergy.htm とかをおすすめします。中学や高校段階だと、銅とかの遷移金属は暗記になってしまうかなぁ。 詳しく知ろうとするとこういう「便宜上の壁」によくぶつかることはあるけど、くじけずにがんばってねー(≧▽≦)