元素の周期表：歴史、構造、元素 - 化学

元素の周期表は、これまでに知られている118元素の化学的性質を調べることができるツールです。化学量論的計算を実行し、要素の物理的特性を予測し、それらを分類し、それらすべての中で周期的特性を見つける場合に不可欠です。

原子核は陽子と中性子を追加するため、原子はより重くなり、新しい電子も伴う必要があります。そうでなければ、電気的中性は不可能です。したがって、水素のように非常に軽い原子もあれば、オガネソンのように非常に重い原子もあります。

そのような心は化学に負っていますか？1869年（ほぼ150年前）に10年間の理論的研究と実験を経て発表した科学者ドミトリメンデレーエフにとって、当時知られている62の元素を整理しようとした最初の周期表。

これを行うために、メンデレーエフは化学的性質に依存しましたが、同時に、ローターマイヤーは元素の物理的性質に従って編成された別の周期表を公開しました。

当初、テーブルには「空のスペース」が含まれていましたが、その要素は当時は知られていませんでした。しかし、メンデレーエフはその特性のいくつかをかなりの精度で予測することができました。これらの元素のいくつかは、ゲルマニウム（彼はエカシリコンと呼んだ）とガリウム（エカアルミニウム）でした。

最初の周期表は、元素の質量に従って元素を並べました。この順序付けにより、元素の化学的性質にいくつかの周期性（繰り返しと類似性）が明らかになりました。ただし、遷移元素はこの順序に一致せず、希ガスも一致しませんでした。

このため、原子質量ではなく、原子番号（陽子数）を考慮して元素を並べる必要がありました。ここから、多くの作家の努力と貢献とともに、メンデレーエフの周期表は洗練されて完成しました。

周期表の歴史

要素

環境（より正確には自然）を記述するための基礎としての要素の使用は、古くから使用されてきました。しかし、当時、これらは物質の段階と状態と呼ばれ、中世から言及された方法ではありませんでした。

古代ギリシャ人は、私たちが住む惑星は火、土、水、空気という4つの基本的な要素で構成されていると信じていました。

一方、古代中国では元素数は5でしたが、ギリシャ人とは異なり、これらには空気が含まれず、金属や木材が含まれていました。

最初の科学的発見は、リンを発見したドイツのヘニングブランドによって1669年に行われました。その日現在、後続のすべての項目が記録されています。

金や銅などの一部の元素は、リンの前にすでに知られていたことを明確にする価値があります。違いは、登録されなかったことです。

記号論

錬金術師（今日の化学者の祖先）は、星座、発見者、発見された場所に関連する要素に名前を付けました。

1808年、ダルトンは要素を表す一連の図面（シンボル）を提案しました。その後、ダルトンのモデルは新しい要素が出現するにつれてより複雑になったため、この表記法はJhon Berzelius（これまで使用されていた）の表記法に置き換えられました。

スキームの進化

19世紀に発生した化学元素の情報を整理した地図を作成する最初の試みは、ドーベライナートライアド（1817）で行われました。

長年にわたって、新しい要素が見つかり、現在使用されているものに到達するまで、新しい組織モデルが生まれました。

Chancourtois（1862）のテルルねじ

Alexandré-ÉmileBéguyerde Chancourtoisは、らせん（テルルスクリュー）のグラフを示す紙のらせんを設計しました。

このシステムでは、元素はそれらの原子量に関して昇順で並べられます。同様のアイテムは垂直方向に配置されます。

ニューランズのオクターブ（1865）

Döbereinerの研究を続けて、イギリスのジョンアレクサンダーレイナニューランズは、7つの元素ごとにそれらの特性に類似性があること（水素は含まれていません）に注意して、化学元素を原子量の昇順に並べました。

メンデレーエフの表（1869）

メンデレーエフは、化学元素を原子量の昇順で並べ、同じ列に特性が似ているものを配置しました。彼は周期表の彼のモデルにギャップを残しました（将来持つべき特性を予測することに加えて）新しい要素の出現を予測しました。

希ガスはまだ発見されていないため、メンデレーエフの表には表示されません。さらに、メンデレーエフは水素を考慮していませんでした。

モーズリーの周期表（現在の周期表）-1913

Henry Gwyn Jeffreys Moseleyは、原子番号に従って周期表の化学元素を順序付けることを提案しました。つまり、陽子の数に基づいています。

モーズリーは1913年に「周期法」を発表しました。「元素が原子番号順に配列されている場合、物理的および化学的特性は周期的な傾向を示します。」

したがって、各水平方向の行または期間は1つのタイプの関係を示し、各列またはグループは別の関係を示します。

どのように構成されていますか？（構造と組織）

周期表のパステルにはいくつかの色があることがわかります。各色は、類似した化学特性を持つ要素を関連付けます。オレンジ、黄色、青、紫の列があります。緑色の四角とアップルグリーンの対角線。

中央の列のセルは灰色がかっているので、これらのすべての要素には共通点がなければなりません。つまり、これらの要素は、半完全d軌道を持つ遷移金属です。

同様に、紫色の四角形の要素は、ガス状の物質から、赤みがかった液体から固体の黒紫（ヨウ素）と銀灰色（アスタチン）に移行しますが、それらを同族にするのは化学的性質です。これらの特性は、その原子の電子構造によって支配されています。

周期表の構成と構造は任意ではありませんが、要素に対して決定された一連の周期的な特性と値のパターンに従います。たとえば、メタリック文字がテーブルの左から右に減少する場合、右上隅のメタリック要素は期待できません。

期間

要素は、軌道のエネルギーレベルに応じて、行または周期で配置されます。期間4の前に、元素が原子質量の増加順に互いに成功した場合、それらの8つごとに化学的性質が繰り返されることがわかりました（ジョンニューランズのオクターブの法則）。

遷移金属は、硫黄やリンなどの他の非金属元素とともに鋳造されました。このため、現代の周期表を理解するには、量子物理学と電子配置の入力が不可欠でした。

エネルギーシェルの軌道は、周期を移動するときに電子（および陽子と中性子の核）で満たされます。このエネルギー層は、サイズまたは原子半径と密接に関連しています。したがって、上の期間の項目は下の項目よりも小さくなります。

Hと彼は第一（期間）エネルギーレベルにあります。第4期の灰色がかった正方形の最初の行。そして、第6期のオレンジ色の正方形の列。後者は想定される9番目の期間にあるように見えますが、実際にはBaの黄色いボックスの直後の6番目の期間に属していることに注意してください。

団体

ある期間を経ると、質量、陽子と電子の数が増加することがわかります。同じ列またはグループでは、質量と陽子は異なりますが、価電子殻内の電子の数は同じです。

たとえば、最初の列またはグループでは、Hは1s ¹軌道に単一の電子を持ち、Li（2s ¹）、ナトリウム（3s ¹）、カリウム（4s ¹）などもフランシウムまで続きます。（7秒¹）。その番号1は、これらの元素が価電子をほとんど持たないことを示し、したがって、グループ1（IA）に属します。各アイテムは異なる期間にあります。

緑で囲まれた水素は数えません。その下の元素はオレンジで囲まれ、アルカリ金属と呼ばれます。任意の期間の右側にあるもう1つのボックスは、グループまたは列2です。つまり、その要素には2つの価電子があります。

しかし、d軌道の知識がなければ、さらに1ステップ右に移動すると、ホウ素グループ（B）またはグループ13（IIIA）に到達します。グループ3（IIIB）またはスカンジウム（Sc）の代わり。d軌道の充填を考慮して、灰色がかった四角形の期間、つまり遷移金属を調べ始めます。

陽子数と価電子

周期表を調べるとき、原子番号Zまたは原子核内の全陽子の数と価電子の数の間に混乱が生じることがあります。たとえば、炭素のZ = 6、つまり6つの陽子、したがって6つの電子があります（そうでない場合、中性に荷電された原子にはなりません）。

しかし、これらの6つの電子のうち、4つは価電子です。そのため、その電子配置は2s ² 2p ²です。は閉殻の²つの1s ²電子を示し、理論的には化学結合の形成には関与しません。

また、炭素には4つの価電子があるため、「便利」には、周期表の14族（IVA）に配置されます。

炭素より下の元素（Si、Ge、Sn、Pb、Fl）の原子番号（および原子質量）は大きくなります。しかし、それらはすべて4つの価電子を共有しています。これは、アイテムが別のグループに属していない理由を理解するための鍵です。

周期表の要素

ブロックs

今説明したように、グループ1と2は、s軌道に1つまたは2つの電子を持つことを特徴としています。これらの軌道は球形であり、これらのグループのいずれかを下ると、要素は原子のサイズを増加させる層を獲得します。

それらはそれらの化学的性質および反応の方法に強い傾向を示すので、これらの元素はブロックとして組織化されます。したがって、アルカリ金属とアルカリ土類金属はこのブロックに属します。このブロックの要素の電子構成はns（1s、2sなど）です。

エレメントヘリウムはテーブルの右上隅にありますが、その電子構成は1s ²であるため、このブロックに属しています。

ブロックp

sブロックとは異なり、このブロックの要素はs軌道を完全に満たしていますが、p軌道は引き続き電子で満たされています。このブロックに属する要素の電子構成は、タイプns ² np ^1-6です（p軌道には、1つまたは最大6つの電子を含めることができます）。

では、このブロックは周期表のどこにありますか？右側：緑、紫、青の四角。つまり、非金属元素と重金属（ビスマス（Bi）や鉛（Pb）など）。

ホウ素から始まり、電子構成ns ² np ¹で、その右側の炭素は別の電子を追加します：2s ² 2p ²。次に、ブロックpの期間2の他の要素の電子配置は、2s ² 2p ³（窒素）、2s ² 2p ⁴（酸素）、2s ² 2p ⁵（フッ素）および2s ² 2p ⁶（ネオン）です。

下の期間に行くと、エネルギーレベル3になります：3s ² 3p ^1-6、以下同様にブロックpの終わりまで。

このブロックについて最も重要なことは、期間4の時点で、その要素がd軌道（右側の青いボックス）を完全に満たしていることです。つまり、ブロックsは周期表の左側にあり、ブロックpは右側にあります。

代表的な要素

代表的な要素は何ですか？それらは、一方では容易に電子を失う、または他方ではそれらを獲得して価数オクテットを完成させるものです。言い換えると、これらはsおよびpブロックの要素です。

彼らのグループは、末尾の文字Aによって他のグループと区別されました。したがって、IAからVIIIAまでの8つのグループがありました。しかし現在、現代の周期表で使用されている番号付け方式は、遷移金属を含めて1から18までのアラビア語です。

そのため、ホウ素基はIIIA、つまり13（3 + 10）になります。炭素グループ、VATまたは14; 希ガスの場合、表の最後のVIIIAまたは18。

遷移金属

遷移金属はすべて灰色がかった正方形の要素です。それらの期間を通して、それらのd軌道は満たされます。これは5であるため、10個の電子を持つことができます。これらの軌道を埋めるには10個の電子が必要なので、10個のグループまたは列が必要です。

古い番号付けシステムのこれらの各グループは、ローマ数字と末尾に文字Bで指定されていました。スカンジウムの最初のグループはIIIB（3）、非常に類似した反応性を持つ鉄、コバルト、ニッケルVIIIBのグループ（8、9、10）、および亜鉛IIB（12）です。

わかるように、ローマ数字を使用するよりもアラビア数字でグループを認識する方がはるかに簡単です。

内部遷移金属

周期表の期間6から、f軌道はエネルギー的に利用可能になります。これらは、d軌道よりも最初に入力する必要があります。したがって、その要素は通常、テーブルが長くなりすぎないように離れて配置されます。

最後の2つの期間、オレンジと灰色は、内部遷移金属であり、ランタニド（希土類）およびアクチニドとも呼ばれます。7つのf軌道があり、14個の電子が満たされる必要があるため、14個のグループが必要です。

これらのグループが周期表に追加されると、合計で32（18 + 14）になり、「長い」バージョンになります。

出典：Sandbh、Wikimedia Commons

薄いピンク色の列はランタノイドに対応し、濃いピンク色の列はアクチノイドに対応しています。ランタン、Z = 57のLa、アクチニウム、Z = 89のAc、およびfブロック全体がスカンジウムと同じグループに属しています。どうして？スカンジウムにはnd ¹軌道があるため、残りのランタノイドとアクチノイドに存在します。

LaとAcは、5d ¹ 6s ²と6d ¹ 7s ^2の原子価構成を持っています。両方の行を右に移動すると、4fおよび5f軌道が満たされ始めます。いったん満たされると、ルテチウム、Lu、およびラウレンシオ、Lrの要素に到達します。

金属および非金属

周期表のケーキを残して、細長い形であっても、上の画像にあるものに頼るほうが便利です。現在、言及されている元素の大部分は金属でした。

室温では、すべての金属は固体の物質（液体である水銀を除く）であり、銀色の灰色（銅と金を除く）です。また、通常は硬くて光沢があります。ブロックのそれらは柔らかくて壊れやすいですが。これらの元素は、電子を失いやすく、M ⁺カチオンを形成しやすいという特徴があります。

ランタノイドの場合、3つの電子5d ¹ 6s ²を失い、3 価のM ³⁺カチオン（La ³⁺など）になります。セリウムは、4つの電子（Ce ⁴⁺）を失う可能性があります。

一方、非金属元素は周期表の最小部分を構成します。それらは、共有結合された原子（硫黄やリンなど）を持つ気体または固体です。すべてはブロックpにあります。より正確には、その上部では、下位の期間に下がるとメタリック文字（Bi、Pb、Po）が増加するためです。

また、非金属は電子を失う代わりに、それらを獲得します。したがって、それらはアニオンXを形成します^-負の電荷が異なります：ハロゲンの場合は-1（グループ17）、カルコゲンの場合は-2（グループ16、酸素のグループ）。

金属家族

金属内には、それらを互いに区別するための内部分類があります。

-グループ1の金属はアルカリ性

-グループ2、アルカリ土類金属（Becambara氏）

-グループ3（IIIB）スカンジウム族。このファミリーは、グループの頭であるスカンジウム、イットリウムY、ランタン、アクチニウム、およびすべてのランタノイドとアクチノイドで構成されています。

-グループ4（IVB）、チタンファミリー：Ti、Zr（ジルコニウム）、Hf（ハフニウム）、Rf（ラザホージウム）。彼らはいくつの価電子を持っていますか？答えはあなたのグループにあります。

-グループ5（VB）、バナジウムファミリー。グループ6（VIB）、クロムファミリー。亜鉛ファミリー、グループ12（IIB）まで同様です。

メタロイド

メタリックなキャラクターは右から左へ、そして上から下へと増加します。しかし、これら2つのタイプの化学元素の境界は何ですか？この境界線は、金属と非金属の両方の特性を持つ半金属として知られている要素で構成されています。

メタロイドは、ホウ素で始まり、放射性元素アスタチンで終わる「はしご」の周期表で見ることができます。これらの要素は次のとおりです。

-B：ホウ素

-シリコン：はい

-Ge：ゲルマニウム

-As：ヒ素

-Sb：アンチモン

-Te：テルル

-At：アスタチン

これらの7つの要素はそれぞれ、化学的環境や温度によって異なる中間的な特性を示します。これらの特性の1つは半導性です。つまり、半金属は半導体です。

ガス

地上条件では、ガス状元素は窒素、酸素、フッ素などの軽い非金属です。また、塩素、水素、希ガスもこの分類に分類されます。それらすべての中で、最も象徴的なものは、反応して自由原子として振る舞う傾向が低いため、希ガスです。

後者は周期表のグループ18にあり、次のとおりです。

-Helio、He

-ネオン、ネ

-Ar、Ar

-クリプトン、Kr

-キセノン、キセノン

-Radon、Rn

-そして、最新の合成希ガスオガネソン、Og。

すべての希ガスは、価数構成ns ² np ⁶が共通しています。つまり、それらは完全な価数オクテットを持っています。

他の温度での元素の凝集状態

要素は、温度と相互作用の強さに応じて、固体、液体、または気体の状態になります。地球の温度がほぼ絶対零度（0K）まで下がると、すべての要素が凍結します。凝縮するヘリウムを除いて。

この極端な温度では、残りのガスは氷の形になります。

反対に、温度が約6000Kの場合、「すべての」要素は気体状態になります。これらの条件下では、金、銀、鉛、その他の金属の雲を文字通り見ることができます。

用途と用途

周期表はそれ自体、これまでも、そしてこれからも、元素の記号、原子質量、構造、その他の特性を調べるためのツールになります。化学量論的計算を実行するときに非常に役立ちます。これは、実験室の内外の多くのタスクにおける1日の順序です。

それだけでなく、周期表でも同じグループまたは期間の元素を比較できます。したがって、元素の特定の化合物がどのようになるかを予測できます。

酸化物式の予測

たとえば、アルカリ金属酸化物の場合、価電子が1つであり、したがって価数が+1であるため、それらの酸化物の式はM ₂ O タイプであると予想されます。これは、酸化物で検証されます。水素、水、H ₂ O.また、ナトリウム、ナトリウムの酸化物と₂ O、及びカリウムの、K ₂ O.

他のグループの場合、それらの酸化物は一般式M ₂ O _nを持つ必要があります。ここで、nはグループ番号と同じです（要素がブロックpからのものである場合は、n-10を計算します）。したがって、グループ14に属する炭素はCO ₂（C ₂ O _4/2）を形成します。硫黄、グループ16、SO ₃（S ₂ O _6/2）。グループ１５からの窒素、Ｎ₂Ｏ₅。

ただし、これは遷移金属には適用されません。これは、鉄は8族に属していても、8個ではなく2個または3個の電子を失うことができないためです。したがって、式を覚える代わりに、各元素の価数に注意することが重要です。

元素の価数

周期表（一部）は、各元素の可能な原子価を示しています。これらを知ることで、化合物の名称や化学式を事前に推定することができます。上記のように、価数はグループ番号に関連しています。ただし、すべてのグループに適用されるわけではありません。

原子価は、原子の電子構造、および原子が実際に獲得または損失できる電子に依存します。

価電子の数を知ることにより、この情報から化合物のルイス構造から始めることもできます。したがって、周期表を使用すると、学生や専門家は構造をスケッチしたり、可能な幾何学や分子構造を調べることができます。

デジタル周期表

今日のテクノロジーにより、周期表はより用途が広くなり、誰もが利用できる情報が増えました。それらのいくつかは、各要素の印象的なイラストとその主な用途の簡単な要約をもたらします。

あなたが彼らと対話する方法は、彼らの理解と研究をスピードアップします。周期表は、目に心地よく、探索しやすく、化学元素を知る最も効果的な方法は、周期からグループへと進むことです。

周期表の重要性

今日、周期表は、その元素の詳細な関係により、化学において最も重要な整理ツールです。その使用は、学生と教師だけでなく、化学と工学の専門家である研究者と多くの専門家にとっても不可欠です。

周期表を見るだけで、次のような膨大な量の情報をすばやく効率的に取得できます。

-リチウム（Li）、ベリリウム（Be）、ホウ素（B）は電気を伝導します。

-リチウムはアルカリ金属、ベリリウムはアルカリ土類金属、ホウ素は非金属です。

-リチウムは、指定された3つの中で最も優れた導体であり、続いてベリリウム、最後にホウ素（半導体）です。

したがって、これらの元素を周期表に配置することにより、それらの電気伝導率の傾向を即座に結論付けることができます。

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