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周期表

周期表は、原子番号順に並べられた化学元素の表形式の配列です。周期表が配置されている列と行は、元素の構造、電子配置、および化学的性質の繰り返しの傾向を反映することを意図しています。

周期表は、通常の物質の基本的な構成要素に関する私たちの知識と、それらの挙動が核および電子の構造にどのように関連しているかを視覚的に表したものです。周期表の構成は、同じ行または列の元素間の類似性を説明し、未発見の元素の特性を予測するために使用できます。現在、周期表には 118 のユニークな化学元素があり、そのうち 94 は地球上に自然に存在します。残りの 24 は、実験室でのみ生成された合成元素です。

周期表の基本的な概要

最も基本的な構造では、周期表の元素は、原子番号の増加に従って順番に配置されます。原子番号は、その元素の原子に含まれる陽子の数に対応します。たとえば、水素の原子番号は 1 であるため、水素原子には 1 つの陽子があります。陽子の数によって元素が決まるため、各元素の原子番号は一意です。ほとんどの元素には同位体、中性子の量が異なる原子があります。同位体は、陽子数に従ってすべて同じ元素に分類されます。

表内の各四角は、1 つの要素に属しています。一般に、各正方形には、一意の原子記号、原子番号、および名前や原子量などの要素に関する情報が付けられています。つまり、各四角は、その要素に関する基本情報の要約のようなものです。

元素は原子番号に従って左から右に順番に配置され、次の元素が新しいサブシェルを満たす電子を持つと、新しい行が形成されます。繰り返し構造は、要素をそれぞれピリオドとグループと呼ばれる行と列に配置します。

期間

同じ期間の各要素には、同じ電子サブシェルを占める価電子があります。たとえば、周期 4 のすべての要素には、4 番目の電子サブシェルを満たす外側の電子があります。ピリオド内の次の各要素は、前の要素よりも陽子が 1 つ多くなります。この配置の結果、1 つの期間を左から右に移動すると、要素の特性に周期的な傾向が見られます。期間 1 は最小で、2 つの元素 (水素とヘリウム) のみで構成されます

一般に、左側の元素は原子半径が大きく、イオン化エネルギーが弱く、金属的な性質を持っています。右側の元素ほど、電気陰性度が高く、原子半径が小さく、イオン化エネルギーが高くなる傾向があります。この傾向は、次の各元素の陽子と電子が順次増加した結果です。原子がより多くの陽子を獲得すると、原子核は周囲の電子をより強く引き寄せ、原子半径を小さくします。電子が別の電子殻に住み始めると、この傾向が繰り返されます。新しい周期の開始は、その周期の原子が前の原子価殻とは異なる原子価殻を満たしていることを意味します。期間全体の傾向を使用して、未知の元素の特性を予測できます。現在、周期表には 7 つの異なる周期があります。期間 7 の元素の多くは自然には存在せず、実験室で合成する必要があります。

グループ

陽子数と電子殻を増やして元素を水平に編成した結果、元素はグループまたはファミリーと呼ばれる垂直の列にも配置されます。同じグループの元素は類似した電子構造を持っているため、化学的に類似する傾向があります。たとえば、ハロゲンと呼ばれる 17 族の元素は、7 個の電子を持つ原子価殻を持っています。その結果、それらはすべて非常に電気陰性で反応性が高く、金属とのイオン結合を容易に形成します。同様に、希ガスと呼ばれることもある第 18 族の元素は、完全な電子サブシェルを持っているため、特徴的に不活性で非反応性です

周期表には 18 のグループがあります (f ブロックのグループは合計にはカウントされません)。多くのグループには、グループ 1 のアルカリ金属やグループ 16 のカルコゲンなどの特定の名前があります。周期表の族構造により、同じ族の未知の元素の次の周期からの化学的性質を予測することが可能になります。

要素をグループ化する方法

ブロック

周期表の基本的な行/列の配置に加えて、元素は、電子配置の類似点に対応する個別の「ブロック」にグループ化することもできます。たとえば、表の一番右側のブロックである p ブロックの要素は、p 軌道サブシェルに価電子を持っています。他のブロックは、それらの原子価軌道に関連して、s、d、および f と名付けられています。

各ブロックは、シェルの最後の電子が満たすサブシェルに対応しています。 s ブロックには、グループ 1 のアルカリ金属とグループ 2 のアルカリ土類金属が含まれます。 d ブロックは大部分の遷移金属と一部の半金属に対応し、p ブロックは窒素、酸素、炭素、硫黄などの一般的な元素に対応します。 f ブロック元素は、ランタニド系列とアクチニド系列に対応し、2 つの大きな原子核系列であり、その多くは放射性です。

金属、非金属、メタロイド

元素は、多くの場合、化学的および物理的特性に応じて、金属、非金属、半金属の分類の下にグループ化されます。

金属 は、名前が示すように、金属的な要素です。それらは延性があり、可鍛性があり、熱と電気を伝導し、光沢があり、陽イオンを形成し、他の金属と金属結合を形成する傾向があります.ほとんどの金属は、周期表の左と下に向かって発生します。実際、周期表のほとんどの元素は金属と見なされます。 118 の既知の元素のうち 91 が金属として分類されています。

非金属 残りの要素の大部分を構成します。非金属は白亜質の質感を持ち、もろく、熱と電気の伝導性が低く、電気陰性度が高く、イオン化エネルギーが高い傾向があります。非金属は、金属と他の非金属の両方と共有結合またはイオン結合を形成する傾向があります。酸素、炭素、窒素、リン、フッ素などの一般的な日常元素の大部分は非金属です。

メタロイド 金属と非金属の奇妙な中間点を占めています。半金属は金属のような外観をしており、電気の適切な伝導体ですが、もろく、金属ほど展性がありません。一般に、半金属は金属と非金属の間の性質を持っています。一般的に認識されている 6 つの半金属は、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、およびテルルです。化学者は、目的に応じて、半金属としてセレンまたはアルミニウムを含めることがあります。

テーブル全体の傾向

周期表の繰り返し構造は、元素の物理的および化学的特性の繰り返し傾向の概要を示しています。たとえば、表の左側の要素はより金属的な特徴を持ち、右側の要素はより非金属的な特徴を持つ傾向があります。右側の元素は、イオン化エネルギーが高く、電気陰性度が高い傾向があります。これらの繰り返しの傾向は、原子核のサイズが連続的に増加することと、原子が電子殻を定期的に満たす方法によるものです。これらの傾向に関する知識は、未知の元素の特性を予測するために使用できます。

ただし、傾向の精度は放棄されますが、周期表の精度が高いほど高くなります。プルトニウム (原子番号 94) より上のすべての元素は合成的に生成され、自然界には存在しません。これらの合成元素は、その巨大な原子核のために、表の傾向に反する驚くべき特性を持っている可能性があります.

周期表の歴史

近代化学が出現する前に、自然哲学者はアリストテレスの物質観に同意しました。これには、火、水、土、空気の 4 つの基本要素があります。日々の経験のすべての対象は、これらの 4 つの基本要素がさまざまな比率で組み合わされたものであると考えられていました。詳細は間違っていましたが、アリストテレスの理論は 1 つの重要な概念を正しくしました。すべての物質は、互いに異なる比率で存在する基本的なエンティティで構成されています。古代、自然主義者は水銀やリンなどの多くの異なる元素を発見しましたが、それらの真の化学的性質については知りませんでした.

Antoine Lavoisier が、化学反応で役割を果たす基本的な種類の物質としての化学元素の現代的な理解を導入したのは、18 世紀になってからのことです。 Lavoisier の最初の元素の同定には、酸素、水素水銀、硫黄、亜鉛など、今日受け入れられている多くの元素が含まれていました。

今日私たちが理解している周期表は、1869 年にロシアの化学者ドミトリー メンデレーエフによって最初に形が与えられました。メンデレーエフは、既知の元素を原子量で並べ替える素晴らしい洞察力を持っていたため、観測された化学的性質が繰り返されるたびに新しい行を作成しました。メンデレーエフはまた、まだ発見されていない元素のために表に「空白」のスペースを残しました。

メンデレーエフの方法論的組織化スキーマにより、彼は、その根底にある原子構造についての知識を欠いていたにもかかわらず、当時発見されていなかった元素の特性を予測することができました。要素の繰り返し観測可能な特性を観察するだけで、彼は組織図式を作成しました。これは、後に現代の原子理論の出現と陽子、電子、および中性子の発見によって証明および説明されました.


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