化学徒の備忘録

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元素の分類(周期表、典型元素、遷移元素、金属元素、非金属元素)の解説

元素の周期律と周期表

元素を原子番号の順番で並べていったとき、周期的に性質の類似した元素が存在する。この、元素の性質が周期的に変化することを、周期律という。

性質が類似している元素の共通点は、最外殻軌道の電子配置(nが最大である軌道の電子の配置)が同じという点である。

この性質が類似している元素が縦の同じ列にくるように、元素を並べた表のことを元素周期表という。

広く一般に知られている周期表は、縦の列が18つあり、この縦の列を族という。また、横の行のことを、周期という。

1、2族元素は、電子がs軌道への充填に対応している元素である。3~12族元素は、電子がd軌道への充填に対応している元素である。13~18族元素は、電子がp軌道への充填に対応している元素である。f軌道の充填に対応している元素は欄外に示され、ランタノイドやアクチノイドといわれる。

典型元素と遷移元素

また、元素は典型元素と遷移元素に分けられる。

典型元素は原子がd電子をもたない元素もしくは、d軌道に電子が完全に充填されている元素である。1、2族と12~18族の元素は典型元素である。また、典型元素の化合物は、無色で反磁性を示すことが多い。

遷移元素は、原子もしくは、その陽イオンが不完全に充填されたd軌道もしくはf軌道をもつ元素である。3~11族元素は遷移元素である。11族元素は中性原子の状態では上位の殻のs電子が下位のd軌道に移ることによってd軌道が完全に充填されるが、11族元素の陽イオンはd軌道の電子が不足しているものがある。遷移元素の化合物は有色、常磁性を示すことが多い。

遷移元素の中でも、4f軌道に電子が充填されていくランタンからルテチウムまでの15個の元素をランタノイドもしくはランタニドという。また、5f軌道に電子が入っていくアクチニウムからローレンシウムまでの15個の元素をアクチノイドもしくはアクチニドという。このランタノイドとアクチノイドを総称して内部遷移元素もしくはf-ブロック元素という。

遷移元素のうち、f-ブロック元素以外の元素は主遷移元素もしくはd-ブロック元素という。

金属元素と非金属元素

 元素は金属元素と非金属元素に分類することもできる。

金属元素は単体が金属としての性質を示す元素である。金属は、熱や電気を伝え、展性、延性がある。また、密度が高いものが多く、金属光沢といわれる特異的な光沢をもっている。

非金属元素は単体が非金属である元素である。

金属元素と非金属元素の中間の性質をもつ単体のことを半金属もしくはメタロイドという。半金属の元素としては、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、アンチモン、ビスマスなどがある。

元素のブロック

元素はその電子配置によって分類することがある。元素周期表において、各元素のエネルギー準位のうち最も高い電子の軌道の種類によってブロック分けして呼ぶ場合がある。それぞれ、sブロック元素、pブロック元素、dブロック元素、fブロック元素と呼ばれる。

sブロック元素は第1族元素、第2族元素、ヘリウムを指す。

pブロック元素は第13~18族元素(ただしヘリウムを除く)を指す。

dブロック元素は第3~12族元素(ただしランタノイド、アクチノイドを除く)を指す。

fブロック元素はランタノイド及びアクチノイドのことを指す。