9年生

周期表入門

周期と族から元素の位置を読み、電子配置や化学的傾向と結び付けます。

直観元素の地図

周期表は元素の地図です。位置から電子配置や、つくりやすい物質の種類を読み取れます。

横の行を左から右へ読み、縦の族には最外殻電子配置が似た元素が集まります。階段状の境界は金属と非金属をおおまかに分け、その近くに半金属があります。

第2・3周期を選んで金属性の変化を見たり、1・17族を選んで縦方向に比べたりできます。

元素を選び、元素ブロック、原子半径、イオン化エネルギー、電気陰性度を比べます。

定義: 原子番号

原子核中の陽子数で、Zと表します。中性原子では電子数もZに等しく、現代の周期表はZの増加順です。

定義: 周期と族

周期は横の行、族は縦の列です。典型元素では族番号が価電子数の手がかりとなり、似た化学性を予測できます。

元素の多くは金属です。金属は左側と中央、非金属は右上に多くあります。水素は電子を1個もつため1族の上にありますが、アルカリ金属ではありません。

Z=\text{number of protons}=\text{number of electrons (neutral atom)}

例: 塩素の位置を特定する

塩素の原子番号は17です。周期、族、価電子数を答えます。

解答

電子配置は2、8、7です。占有殻が3つなので第3周期、最外殻電子が7個なので17族（ハロゲン）です。

例: ナトリウムと塩素を比べる

陽イオンをつくりやすいのはNaとClのどちらですか。

解答

Naは価電子を1個もち、失ってNa⁺になりやすい一方、Clは電子を1個受け取ってCl⁻になりやすいです。周期表は予測の手がかりですが、化合物や条件も重要です。

元素の性質は原子番号の周期関数であるというのが周期律です。価電子殻配置の反復が似た化学性を生み、副殻充填、遮蔽、実効核電荷が傾向と例外を生みます。

\mathrm{Na:}\ 1s^2 2s^2 2p^6 3s^1\qquad \mathrm{Cl:}\ 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5

1869年のメンデレーエフの表は原子量順で、未発見元素の空欄を予言しました。核電荷の理解後に確立したZ順は、原子量順では説明できない例外を解決します。

例: ナトリウムとカリウムが似るのはなぜか

周期表を使い、最外殻電子を比べます。

解答

どちらも1族で、最外殻にs電子を1個もち、失って+1イオンになりやすいです。Kは占有殻が一つ多いため大きく、最外殻電子は弱く束縛されています。