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元素の周期表を理解すれば化学がよくわかります

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この記事の所要時間: 49

先日113番目の元素としてニホニウムが認められました。
これを機に化学への関心を深めてみませんか。
理科の教科書に必ず載っている元素の周期表を理解すれば、
今まで難しく考えてきた化学がよく見えてきますよ。

周期表には元素が規則正しく並んでいる

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理科の教科書や参考書であれば、
最初もしくは最後の見開きページが元素の周期表になっています。
ネット経由でも簡単に入手できますが、見方としては、
縦の列は「族」と呼ばれ18族まであります。
横の行は「周期」と呼ばれ7周期まであります。

それぞれ特徴に沿って規則正しく並べられています。
試験を控えた学生以外であれば、無理に覚える必要はありません。
とはいえ眺めていれば、自然と頭に入ってきます。
整理して考えれば、自ずと理解できるようになっているからです。

元素はグループに属しています

元素の記号は、アルファベット1文字もしくは2文字で記されています。
例えば水素はHであり、ヘリウムはHeです。
元素記号の左側にある数字が原子番号であり、順番に並んでいます。
またカタカナもしくは漢字で元素名が記されており、
その下には、小数点以下を含めた4ケタで原子量が表示されています。
なお各元素は、次のようなグループに属しています。

 1.アルカリ金属
 2.アルカリ土類金属
 3.ハロゲン元素
 4.希ガス元素
 5.金属元素
 6.典型元素
 7.遷移元素

各グループ毎の詳しい特徴は、あまり重要ではありません。
興味に応じて勉強すればよいでしょう。
とはいえこの中で大切なのは、希ガス元素です。
つまり希ガスの電子配置が最も安定するからです。
その安定した状態を求めて、原子はイオンになります。

イオンになりやすい元素とは

元素には、イオンになりやすいものとなりにくいものがあります。
最もなりにくい、というかほとんどならない元素は希ガスです。
希ガスとは、18族の元素であり、周期表では一番右の列です。
またイオンへのなりやすさに関する指標として、
イオン化エネルギー電子親和力の2つがあります。

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1.イオン化エネルギー

マイナスの電荷を持った電子を放出すると、
電気的にはプラスへ傾きます。この状態はプラスイオンです。
周期表の左側へ行くほど、プラスイオンになりやすい元素があります。
つまり電子を追い出すためにはエネルギーが必要ですが、
そのエネルギーが小さくて済むほど、簡単に電子は失われます。
このエネルギーをイオン化エネルギーと呼び、
1族ほど小さくプラスイオンになりやすい、
18族ほど大きくプラスイオンになりにくい傾向があります。

2.電子親和力

マイナスの電荷を持った電子を受け取ると、
電気的にはマイナスへ傾きます。この状態はマイナスイオンです。
18族を除いて、周期表の右側へ行くほどマイナスイオンになりやすい。
これは電子を獲得する力と考えればよいでしょう。
その力が大きいほど、電子を獲得します。
この力を電子親和力と呼び、
17族ほど大きくマイナスイオンになりやすい、
1族ほど小さくマイナスイオンになりにくい傾向があります。

上記のイオン化エネルギーとは真逆の性質です。

原子は希ガスの状態を目指しています

18族、つまり周期表の一番右側にある希ガスについて、
ちょっと例外扱いしていますが、その理由は何でしょうか。
つまり各原子では、原子核の周りを電子が回っています。
その電子が飛び回る場所は、決まった軌道があります。
とはいえ軌道には定員があります。
その定員を満たそうとして、電子が出たり入ったりします。

お店と同様に、満席だと嬉しいですね。
空席があると埋めたいし、席が足りない場合も何とかしたいです。
この満席の状態が希ガスなのです。安定しています。
逆に空席があると電子を呼び込みたいので、
マイナスイオンになりやすい性質を持ちます。
一方で定員オーバーしていると、電子を出したい!
プラスイオンになりやすい性質と考えることができます。
そうやって希ガスの状態を各原子は目指しているのです。

小学校で習いたいですね

現在の学習指導要領では、周期表の学習は高校の化学です。
既に化学が嫌いになってから勉強します。
これでは意味がありません。
逆に小学生の時から周期表の見方を教えれば、
化学が好きにはならなくても、苦手意識は克服できそうです。

※元素周期表はこちらのサイトでPDF版がダウンロードできます。
 →一家に1枚|科学技術週間 SCIENCE & TECHNOLOGY WEEK

<イオン関連の記事>
 ・夏休みに克服しよう!イオンとは何か?中学校理科の難題です
 ・いまさら聞けない?酸性やアルカリ性とは何ですか
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たくと
たくと
著者サイトたくとすく~る
生まれつき無関心な子供はいない! そう信じ、学習塾や講習会などで、 科学を楽しく解説しようと日々奮闘しています。 半世紀生きていますが、 気持ちは、今でも夢見る少年です。

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