周期性

元素を原子番号順に並べると周期性があらわれるのはなぜですか？

No.3 回答者： sanori 回答日時： 2008/07/19 17:07

こんにちは。

原子の中で電子が存在できる位置には、Ｋ殻（けーかく）、Ｌ殻、Ｍ殻・・・があります。

これを、コンサート会場のＳ席、Ａ席、Ｂ席にたとえます。
Ｓ席の数は２つ、Ａ席の数は８つ、Ｂ席の数は８つです。
そして、どの席も料金は一緒だとします。
すると、当然ながら、予約席はＳ席から順番に埋まっていきます。

原子番号１の水素は、Ｓ席に１／２
原子番号２のヘリウムは、Ｓ席に２／２
原子番号３のリチウムは、Ｓ席に２／２、Ａ席に１／８
原子番号４のベリリウムは、Ｓ席に２／２、Ａ席に２／８
・・・・・
原子番号８の酸素は、Ｓ席に２／２、Ａ席に６／８
原子番号９のフッ素は、Ｓ席に２／２、Ａ席に７／８
原子番号１０のネオンは、Ｓ席に２／２、Ａ席に８／８
原子番号１１のナトリウムは、Ｓ席に２／２、Ａ席に８／８、Ｂ席に１／８
原子番号１２のマグネシウムは、Ｓ席に２／２、Ａ席に８／８、Ｂ席に２／８
・・・・・
原子番号１６のケイ素は、Ｓ席に２／２、Ａ席に８／８、Ｂ席に６／８
原子番号１７の塩素は、Ｓ席に２／２、Ａ席に８／８、Ｂ席に７／８
原子番号１８のアルゴンは、Ｓ席に２／２、Ａ席に８／８、Ｂ席に８／８
原子番号１９のカリウムは、Ｓ席に２／２、Ａ席に８／８、Ｂ席に８／８、Ｃ席に１人です。
原子番号２０のカルシウムは、Ｓ席に２／２、Ａ席に８／８、Ｂ席に８／８、Ｃ席に２人です。


さて、
化学反応というものは、元素と元素とが「お見合いをして」起こるものなのですが、
元素同士は、お互い相手の内側を見ることができず、相手のいちばん外側（の電子）しか見ることができません。
つまり、

原子番号１の水素は、外側に電子が１人いる。
原子番号２のヘリウムは、ちょうど満席に見える。

原子番号３のリチウムは、外側に電子が１人いる。
原子番号４のベリリウムは、外側に電子が２人いる。
・・・・・
原子番号８の酸素は、外側に空席が２つある。
原子番号９のフッ素は、外側に空席が１つある。
原子番号１０のネオンは、ちょうど満席に見える。

原子番号１１のナトリウムは、外側に電子が１人いる。
原子番号１２のマグネシウムは、外側に電子が２人いる。
・・・・・
原子番号１６のケイ素は、外側に空席が２つある。
原子番号１７の塩素は、外側に空席が１つある。
原子番号１８のアルゴンは、ちょうど満席に見える。

原子番号１９のカリウムは、外側に電子が１人いる。
原子番号２０のカルシウムは、外側に電子が２人いる。


よって、たとえば、
リチウム、ナトリウム、カリウム　は、どれも「１人の電子」外側から見えるので似ている、
ヘリウム、ネオン、アルゴン　は、どれも「満席」に見える、
ということになります。

化学反応は、元素Ａの外側の電子が、元素Ｂの外側の空席を埋める形で起こることが多いです。
ですから、たとえば、１族であるナトリウム（外側で電子が１個遊んでいる）の原子１個と、７族である塩素（外側に空席が１個）の原子１個とは結びつきやすいです。

そして、８族のヘリウム、ネオン、アルゴン　は、どれも「満席」に見えるので、化学反応が起こりにくく、これらを「不活性ガス」と呼びます。

特に、２周期目と３周期目が、原子番号の８つ周期で似た性質の元素が登場するのは、Ｌ殻、Ｍ殻の指定席数が８であるからなのです。


以上、ご参考になりましたら。

No.2 回答者： chie65536 回答日時： 2008/07/19 13:23

元素を構成する電子は、内郭に配置された分が飽和すると、余りが外殻に配置される。

物質の化学的、物理的な性質に周期性が現れるのは、外殻に配置された電子の個数が物質の性質に影響を与えるから。

言い換えれば、元素の外殻電子の個数が同じ物質は化学的、物理的な性質が似ている、と言う事。

詳しくは以下のページを
http://www4.ueda.ne.jp/~guoningqiu/dojutaihome/i …

No.1 回答者： shintaro-2 回答日時： 2008/07/19 13:14

現在の理解では、原子の最外殻にある電子の個数によって性質が決まるから。

そして、電子は特定の軌道に特定の個数しか入らないので、軌道に存在しうる電子の個数単位の性質が存在しますが、電子の個数というのは特定の個数になります。


元素番号自体は、電子の数（正確には陽子の数）に依存するので、必然的に番号順にならべれば、周期性が現れます。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AD%90% …