周期表を1レッスンずつ学ぼう
周期表のしくみを、高校から大学初年度の化学向けに、短くわかりやすく解説するレッスンです。まず周期表とは何か、族と周期がどう並んでいるかから始め、価電子、電子配置、周期的傾向、多原子イオンへと進みます。各レッスンは周期表のインタラクティブな表示とつながっているので、考え方を実際に見ながら理解できます。
ゼロから学ぶ化学
原子から化学反応式までを20の短いレッスンで学べる無料コースです。各レッスンの最後には3つの簡単な問題があります。
原子と元素
すべてのものは何でできているか。元素、原子、その内部の粒子について学びます。 · 4レッスン
- 1 元素とは？ 元素とは、1種類の原子だけでできた純物質です。化学反応によってこれ以上単純なものに分けることはできません。金、酸素、炭素は元素で、知られている118種類の元素にはそれぞれ周期表の中に自分のマスがあります。
- 2 原子の内部 原子は、陽子、中性子、電子というさらに小さな3種類の粒子でできています。陽子と中性子は原子核とよばれる小さくて重い中心にぎゅっと詰まっており、電子はそのまわりを動いています。陽子は正、電子は負の電荷をもち、中性子は電荷をもちません。
- 3 原子番号と質量 原子番号は原子がもつ陽子の数で、その原子がどの元素かを示します。質量数は陽子と中性子の数の合計です。この2つの数がわかれば、すべての粒子を数えられます。陽子と電子の数はどちらも原子番号に等しく、中性子の数は質量数から原子番号を引いたものです。
- 4 同位体とは？ 同位体とは、同じ元素の原子で中性子の数が異なるものです。陽子の数は同じなので同じ元素であり、ほぼまったく同じように反応しますが、質量は異なります。炭素12と炭素14は、炭素の2つの同位体です。
周期表の読み方
周期表のしくみ。周期、族、元素の仲間、金属と非金属について学びます。 · 5レッスン
- 5 周期表とは？ 周期表は、知られている118種類の化学元素を、原子番号（各原子の原子核にある陽子の数）の順に並べた表です。元素は周期とよばれる行と、族とよばれる列に配置され、化学的性質が似た元素が同じ列に並びます。このパターンのおかげで、元素の位置から多くのことが予測できます。
- 6 族と周期 族は周期表の縦の18列、周期は横の7行です。同じ族の元素は一般に価電子の数が同じなので、似た化学的性質をもちます。同じ周期の元素は電子殻の数が同じで、性質が左から右へ少しずつ変化します。
- 7 金属・非金属・半金属 金属は、光沢があり展性に富み、熱や電気をよく通し、電子を失いやすい元素です。非金属はふつう光沢がなく、もろいか気体で、熱や電気を通しにくく、電子を得たり共有したりしやすい元素です。半金属はその中間の性質をもちます。周期表では、金属は左側と中央、非金属は右上を占め、半金属はそれらを分けるジグザグの階段状の線に沿って並んでいます。
- 8 元素の族の分類 元素のファミリーは、似た性質をもつ元素の集まりで、ほとんどの周期表ではファミリーごとに色が分けられています。このサイトでは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、遷移後金属、半金属、反応性の非金属、ハロゲン、貴ガス、ランタノイド、アクチノイドの10のファミリーを使っています。それぞれ、色と表の中での位置で見分けられます。
- 9 ランタノイドとアクチノイド ランタノイド（57〜71番元素）とアクチノイド（89〜103番元素）が主な周期表の下に2つの行として印刷されているのは、表を実用的な幅に保つためだけです。本来は第6周期と第7周期の中、バリウム（56）とラジウム（88）の直後に属しています。それぞれを元の位置に入れると表は32列になり、ページや画面に無理なく収まらない幅になってしまいます。
電子
電子殻、価電子、電子配置と、それらが説明する周期的傾向について学びます。 · 4レッスン
- 10 電子殻 電子殻は、原子の電子が存在するエネルギー準位で、原子核のまわりに層状に並んでいます。第1殻には最大2個、第2殻には最大8個の電子が入り、最初の20元素では第3殻も8個で止まるため、2-8-8というパターンになります。ボーアモデルでは殻を原子核のまわりの円として描きますが、これは便利ですが単純化された図です。
- 11 価電子とは？ 価電子は、原子の最外殻にある電子で、化学結合に関わる電子です。主要族の元素では、価電子の数は族番号の1の位の数字と一致します。第16族の酸素は6個、第17族の塩素は7個です。価電子は、元素がどのイオンになるか、いくつ結合をつくるかを決めます。
- 12 電子配置の書き方 電子配置は、原子の電子が副殻にどう並んでいるかを示すもので、酸素の 1s² 2s² 2p⁴ のように、各副殻の電子の数を右上の数字で書きます。書くには、原子番号から電子の数を求め、構成原理の順（1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、…）に副殻を満たしていきます。貴ガス表記を使うと長い電子配置を短くでき、クロムや銅のように、このパターンに従わない元素も少しあります。
- 13 周期的傾向 周期的傾向とは、周期表全体で見られる元素の性質の規則的なパターンです。周期を左から右へ進むと、原子半径は一般に小さくなり、電気陰性度とイオン化エネルギーは大きくなります。族を下へ進むと、原子半径は大きくなり、電気陰性度とイオン化エネルギーは小さくなります。金属性はその逆の向きに変化し、表の左下で最大になります。
元素を使った化学
イオン、結合、化学式、物質量、化学反応式。元素を組み合わせる化学を学びます。 · 7レッスン
- 14 イオンと電荷 イオンとは、電子を得たり失ったりしたために電荷をもつ、原子または原子の集まりです。電子を失った原子は陽イオン（カチオン）とよばれる正のイオンに、電子を得た原子は陰イオン（アニオン）とよばれる負のイオンになります。多くの元素では、族番号だけから電荷を予測できます。第1族のナトリウムは Na⁺、第17族の塩素は Cl⁻ になります。
- 15 多原子イオンとは？ 多原子イオンとは、2個以上の原子が結合した全体として電荷をもつ原子の集まりで、化合物の中では1つの単位としてふるまいます。一般的な例は、水酸化物イオン（OH⁻）、硝酸イオン（NO₃⁻）、炭酸イオン（CO₃²⁻）、硫酸イオン（SO₄²⁻）、リン酸イオン（PO₄³⁻）、アンモニウムイオン（NH₄⁺）です。ほとんどの多原子イオンは負で、多くは酸素を含みます。
- 16 化学結合 化学結合は、単体や化合物の中で原子どうしを結びつけている引力です。イオン結合では、一方の原子が電子をもう一方に渡し、逆の電荷をもつイオンが引き合います。共有結合では、原子が電子の対を共有します。金属結合では、金属原子が自由に動く電子の「海」を共有します。どの種類ができるかは、主に原子が金属か非金属かによって決まります。
- 17 化学式の読み方 化学式は、元素記号と小さな数字を使って、物質にどんな原子がいくつ含まれているかを示します。記号の後ろの小さな数字は添え字とよばれ、その元素の原子の数を表すので、H₂O には水素原子が2個、酸素原子が1個あります。かっこ、係数、水和物のドットでいくつかルールが増えますが、どれも掛け算か足し算にすぎません。
- 18 モルとは？ モルは、「ダース」が12を意味するのと同じように、化学者が原子や分子を数えるのに使う数の単位です。1モルには 6.022 × 10²³ 個の粒子が含まれ、この数をアボガドロ数といいます。物質1モルの質量をグラムで表したもの、つまりモル質量は、周期表の原子量からそのまま求められるので、グラムと粒子の数とを換算できます。
- 19 化学反応式の係数のそろえ方 化学反応式の係数をそろえるとは、矢印の両側で各元素の原子の数が同じになるようにすることです。これは、化学式の前に整数の係数を置くことで行い、添え字を変えてはいけません。たとえば、水素と酸素が水をつくる反応は、係数をそろえた式 2H₂ + O₂ → 2H₂O で表されます。
- 20 化学変化と物理変化 物理変化は物質の大きさ、形、状態を変えますが、変化のあとも同じ物質のままです。氷が溶けて水になるのがその例です。化学変化(化学反応ともいいます)は、物質を性質の異なる新しい物質に変えます。鉄がさびるのがその例です。大切なのは、いつも「新しい物質ができたか」を考えることです。