高校化学基礎について質問です。遷移元素の隣り合うものの性質が似ていることはわかるのですが、縦に並んだ

高校化学基礎について質問です。遷移元素の隣り合うものの性質が似ていることはわかるのですが、縦に並んだものの性質は似てはいないのですか？周期表は性質のよく似た元素が縦に並ぶと教科書にあるのですが……

No.1 ベストアンサー 回答者： catsbee 回答日時： 2019/06/10 20:36

大学の原子軌道の概念を混ぜて話したいと思います。

私も高校化学ではとにかく暗記しただけで納得できないままだったので…。

性質が似る原因は、
原子の一番外側にいる電子の「数」と「広がり方」が似ていることによります。
なぜかと言うと、一番外側にいる電子が結合に大きく関与するからです。

電子殻という概念はご存知でしょうか？
電子殻は電子が広がる場所であり、原子核の周りに何層も広がっています。
内側の殻からK殻、L殻、M殻…と呼ばれていますね。

内側の殻の電子は原子核に引きつけられていて、落ち着いているのでエネルギー的に安定した状態です。
外側の殻の電子ほど内側にいる電子と反発（マイナス同士なんで）しちゃうので、エネルギーは高くなっていきます。

ですので電子はまず内側から埋まっていこうとします。

ですが同じ殻とはいえ、電子の広がり方が違うものがあります。
球・砂時計（方向別に数パターンある）・四葉（方向別でに色々）のような形で広がっていたりします（K殻は球のみ、L殻は球・砂時計3パターン・その他色々。M殻はさらに加えて色々…）。

その形によって、たとえ同じ殻であっても、内側の電子から受ける反発の度合いが変わりるので、エネルギー順で何パターンかに分かれます。

同族の典型元素は、一番外側にいる電子がいる殻は違いますが、電子の数と広がる形は同じです（同じ向きの砂時計の形、とかね）。なので性質が似ています。
横同士だと、一番外側に入る電子の数と広がる形が違うため似てないのです。

しかし遷移元素の場合はやや特殊で、一番外側の電子の数と広がり方が隣同士の元素で一緒だったりします。
（外側の電子が外側に広がりすぎて、形の影響を大きく受けて電子が入っていく順番が前後するからなのですが…）

同族の場合、外側にいる電子の数と広がり方は同じなんで、似ているとは思うのですが、外側に行けば行くほど殻が違うとエネルギー差が大きくなりすぎるので、
隣同士のほうがよっぽど似てるねと言えるのでしょう。

この回答へのお礼

ありがとうございます

お礼日時：2019/06/16 10:46

No.2 回答者： Tacosan 回答日時： 2019/06/12 23:34

まず, 遷移元素にしろ典型元素 (「主要族元素」といった方がいい?) にしろ, 各族の最初の元素は他の元素と異なることがしばしばあります. さらに, 通常周期表の欄外に追い出されているランタノイドのせいで, 特に遷移元素の 4～8族あたりでは第5周期元素と第6周期の元素が似たような性質を持ちます. 例えば

Zr と Hf が (どちらも +4価をとりやすく, かつイオン半径がほぼ等しいため) 化学的に非常に似ていて分離がたいへん
とか
Ru と Os はどちらも揮発性の四酸化物を作る (ちなみにさらに下の Hs も同様らしい)
という感じ.

「高校化学」でこの辺の元素が出てくるとは思いにくいけど, いちおう.

この回答へのお礼

ありがとうございます

お礼日時：2019/06/16 10:44