なんとなくわかる高校化学

周期表(族と周期)

【まとめ】同族(同じ族)の元素は価電子数が同じため、化学反応の性質が似ており、同周期(同じ周期)の元素は大きさが似ている

みなさんには前のページで電子配置について理解してもらいましたが、ここで再度、周期表を見てみたいと思います。

というのも、以前、周期表を学んでもらった際に「元素は原子番号の順番に並んでおり、周期表の縦(族)と横(周期)では同じような性質がある」と言ったのを詳しく説明したいからです。

ここでは、わかりやすくするため、主に高校化学で扱うのは原子番号20のCa(カルシウム)までを用いて説明しますね。

(高校化学では原子番号21のSc以降は一部使われるのみで、基本的に覚える必要ありません。)



今回説明で利用する範囲 (白い部分)


まずは縦の列(族)の規則性から見ていきたいと思いますが、この20個の元素のみを抜粋した下の周期表を見てみてください。

※見やすくするために列ごとに色を分けていますが、色に意味はありません。

族ごとに見た周期表(Caまで)

この図を見てもらうと、同じ縦の列に入っている元素にはそれぞれ共通点があるのですが、何かわかりますか?

そうです、縦の列(族)が同じ元素は価電子の数(最外殻の電子の数)が同じなのです。

良く見てもらうと、1族の元素は価電子数が1、2族の元素は価電子数が2、13族の元素は価電子数が3、…というようになっていますよね。
(ちなみに18族の元素は価電子数を0とするという決まりでしたよね)

では価電子数が同じだとどういう意味があるのでしょうか。

「元素と周期表」のページでもちょっと説明したので、覚えてくれている人もいるかもしれませんが、価電子数というのは原子が化学反応をする時の性質を決めています。

どういうことかと言うと、同じ1族の「Na(ナトリウム)」と「K(カリウム)」では同じような化学反応をするということです。

例えば、私たちが普段食べている「塩」は化学的な正式名称を言うと「塩化ナトリウム」という物質で、「Na(ナトリウム)」と「Cl(塩素)」が引っ付いてできたものです。

そして、同じ1族の「Na(ナトリウム)」と「K(カリウム)」は性質が似ているので、「K(カリウム)」も「Na(ナトリウム)」と同じように「Cl(塩素)」と引っ付いて「塩化カリウム」を作ります。

塩化ナトリウムと塩化カリウム

なので、同じ族にいる元素は同じような化学反応をするんだなぁと思っておいてください。
(正確には同じ族でも少しずつ違うのですが、それは後々説明しますね)



さて、縦の列(族)が同じ場合の元素の類似性を見てもらったので、続いて、横の行(周期)での共通点を見てみたいと思います。

周期ごとに見た周期表(Caまで)

この図を見てもらうと、同じ横の行に入っている元素にはそれぞれ共通点があるのですが、何かわかりますか?

こちらの方が縦よりもわかりやすいのではないかと思うのですが、横の行(周期)が同じ元素は同じ電子殻(円)に価電子が入っているのです。(つまり、最外電子殻が同じ)

例えば、第2周期の元素は価電子がL殻に入っていっており、第3周期の元素は価電子がM殻に入っています。

では価電子が入っている殻が同じだとどういう意味があるのでしょうか。



実はこれ、族の類似性ほど、大きな類似性はありません、、、(^^;;

しかし、みなさんに覚えておいてほしいのは、同じ周期だと最外電子殻が同じということなので、同じ周期にいる元素は大きさが似ているということだけ覚えておいてください。

例えば、第2周期にいる「N(窒素)」「O(酸素)」「フッ素(F)」はいずれもL殻くらいの大きさですし、その下の第3周期なら第3周期で「P(リン)」「S(硫黄)」「Cl(塩素)」はそれぞれM殻くらいの大きさです。
(正確には同じ周期内でも少し大きさに違いがありますが、この説明はまた改めて、、、)

また、気を付けてほしいのは、第2周期の元素と第3周期の元素など、周期が異なる元素では原子の大きさが異なるということです。

なんとなくイメージしやすいかもしれませんが、第2周期は電子が2殻目まで(L殻まで)しか入っていませんが、第3周期になると電子が3殻目まで(M殻まで)入るため、第3周期の原子の方が第2周期の原子より一回り大きくなります

高校化学では原子の大きさが違うことがそこまで影響してくることはないのですが、各元素の性質や化学反応の反応性などを考える時などには原子の大きさをイメージできた方が理解しやすいので、周期が下に行けば行くほど、原子は大きくなるんだなぁくらいで理解しておいてください。



まとめると、同族(同じ属)の元素は価電子数が同じため、化学反応の性質が似ており、同周期(同じ周期)の元素は大きさが似ている

読んでくれてありがとう!!