周期表（1）

元素の周期律と周期表

元素を原子番号順に並べると、周期的に性質の似た元素が現れます。このように、元素の性質が周期性を示すことを、元素の周期律といいます。

19世紀ロシアの科学者メンデレーエフは、この周期律に気づき、原子番号（当時は原子量）の順に元素を表にまとめました。これを元素の周期表といいます。

周期表で元素をまとめると、元素が性質ごとに整理されて、とても理解しやすくなります。メンデレーエフの時代から周期表は改良されてきました。現在の周期表を以下に示します。

族と周期

周期表では縦の列を族、横の列を周期といいます。現在の周期表では、族の数は 1 ～ 18、周期の数は 1 ～ 7 まであります。

具体的には、1 族の元素、14 族元素、18 族元素などと呼びます。また、第 2 周期の元素、第 3 周期元素などとも呼びます。

例えば、原子番号 6 の炭素元素 C は、第 2 周期の 14 族の元素です。また原子番号 17 の塩素元素 Cl は、第 3 周期の 17 族の元素です。

周期表での元素の並び方ですが、はじめに原子番号 1 の水素 H が、周期表の左上に入ります。

そのあと原子番号が 1 大きくなるたびに、元素は同じ周期の右横に入ります。元素が 18 族まで埋まると、次の周期（下段）に移ります。

第 1 周期は 2 つしか元素が入らないので、水素 H の次のヘリウム He はいきなり 18 族元素となります。

原子番号 3 のリチウム Li は第 2 周期の一番左から埋まります。第 2 周期では、3 族から 12 族までは入らず、2 族の次は 13 族の元素となります。

同様に第 3 周期でも、3 族から 12 族までは元素は入りません。第 4 周期から原子番号が 1 大きくなるたびに、右横の族の元素に入ります。

すべての元素は下のようにまとまっています。

元素の数は現在 110 種類あまり知られていますが、はじめは重要な元素だけ覚えておきましょう。

原子番号 1 の水素 H から原子番号 20 のカルシウム Ca までの 20 の元素と、その他いくつかの元素を知っておくとよいでしょう。

（下の周期表の黄色で示した元素は、覚えておきたい元素です。）

同族元素

縦の同じ族に並んだ元素を同族元素といい、これらの同族元素はそれぞれ性質が似ています。1 族の元素、2 族の元素、‥‥と縦に並んでいる元素同士は、だいたい似た性質をもっていると考えられます。

例えば、17 族の元素であるフッ素 F、塩素 Cl、臭素 Br、ヨウ素 I は同族元素であり、それぞれ似た性質をもっているといえます。

それではなぜ、同族元素は性質が似ているのでしょうか。これは、族ごとに価電子の数が決まっているためです。

原子の性質は、価電子の数によって大きな影響を受けます。これは原子が結合したり反応したりするときに、原子の最も外側にある電子が大きな役割をするためです。

つまり、原子の最外殻の電子が何個あるかが重要になるので、価電子の数で原子の性質が決まってきます。

元素の周期表では、族の数と価電子の数が対応しています。そのため、価電子の数が同じである同族元素では、似た性質を示します。

1 族の元素は価電子が 1 、2 族の元素は価電子が 2 です。

3 ～ 12 族の元素は価電子が 1 か 2 です。

それ以降の 13 族からは、1 の位の数字と価電子の数が一致します。

13 族の元素は価電子が 3 、14 族の元素は価電子が 4 、17 族の元素は価電子が 7 です。

18 族の元素は希ガスと呼ばれる元素で、反応性に乏しく他の原子と結合しにくいので価電子は 0 とされています。

典型元素と遷移元素

周期表の 1 族、2 族と 12 ～ 18 族に含まれる元素を、典型元素といいます。また、そのあいだにある 3 ～ 11 族に含まれる元素を遷移元素といいます。

典型元素では、価電子の数がそれぞれの族番号の 1 の位と一致します。典型元素は原子番号が 1 増えるごとに、価電子も 1 増えます。

典型元素は、その縦の列の同族元素で価電子の数が一致しており、似た性質になります。

これに対し遷移元素では、価電子の数は 1 または 2 です。遷移元素では原子番号が 1 増えても、内側の空いた電子殻に電子が入るため、最外殻の電子数は 1 か 2 のまま変わりません。

例えば、原子番号 21 のスカンジウム Sc は、第 4 周期の 3 族元素であり、遷移元素に分類されます。この Sc の価電子は 2 です。（最外殻の電子数が 2 です。）

Sc には電子が 21 個ありますが、電子配置はどうなっているのでしょうか。電子は内側の電子殻から入っていくので、K 殻に 2 個、L 殻に 8 個、M 殻に 8 個入ります。しかし、19 個目の電子は M 殻には入らずに N 殻に入ります。

20 個目の電子も M 殻に入らずに、N 殻に入ります。このとき電子配置は、K 殻に 2 個、L 殻に 8 個、M 殻に 8 個、N 殻に 2 個となっています。（原子番号 20 のカルシウム Ca はこの電子配置です。）

それでは、21 個目の電子はどうなるのでしょうか。21 個目の電子は、M 殻に入ります。そのため Sc の電子配置は、K 殻に 2 個、L 殻に 8 個、M 殻に 9 個、N 殻に 2 個となっています。

このように遷移元素である Sc は最外殻の電子数が N 殻の 2 個であり、価電子の数は 2 です。

続いて原子番号 22 のチタン Ti を考えます。Ti は第 4 周期の 4 族元素です。Ti の電子配置は、K 殻に 2 個、L 殻に 8 個、M 殻に 10 個、N 殻に 2 個となっています。

遷移元素の Ti は、やはり最外殻電子数が 2 で、価電子は 2 です。

スカンジウムやチタンの例で見たように、遷移元素では内側に空いた電子殻があるので、原子番号が増えてもそちらに電子が入ります。そのため価電子は 1 か 2 となります。

3 ～ 11 族の遷移元素は価電子の数が変わらないことが多いので、隣り合う元素同士の性質が似ています。

問題演習

確認テスト1

元素の周期表にある空欄を埋めてみましょう。

確認テスト2

次の周期表を見ながら問題を解いてみましょう。

１．元素を原子番号順に並べると、似た性質を示す元素が周期的に現れます。この規則のことを何といいますか。

２．周期表では縦の列を族といいますが、横の列を何といいますか。

３．1 族の元素は、価電子を何個もちますか。

４．13 族の元素は、価電子を何個もちますか。

５．18 族の元素は、価電子を何個もちますか。

６．同族元素が似た性質を示すのはなぜですか。

７．ヘリウム、ベリリウム、鉄、カリウム、銅、水銀、窒素、アルゴン、銀、バリウム、フッ素。これらの元素はそれぞれ典型元素ですか、遷移元素ですか。

実践問題1（2020本第1問問2）

周期表の 1 ～ 18 族・第 1 ～第 5 周期までの概略を図 1 に示した。図中の太枠で囲んだ領域ア～クに関する記述として誤りを含むものを、下の①～⑤のうちから一つ選べ。

①　アとイとウは、すべて典型元素である。

②　エは、すべて遷移元素である。

③　オは、すべて遷移元素である。

④　カは、すべて典型元素である。

⑤　キとクは、すべて典型元素である。

（2020年度センター試験　本試験　化学基礎　第1問問2　より引用）

実践問題2（2017追第1問問2）

最外殻電子の数が酸素原子のそれと同じである原子を、次の①～⑧のうちから一つ選べ。

①　Al　　　　②　C　　　　③　Cl　　　　④　Li

⑤　Mg　　　　⑥　Ne　　　　⑦　P　　　　⑧　S

（2017年度センター試験　追試験　化学基礎　第1問問2　より引用）