周期表とは何か

原子番号の順に並んでいる

どの元素にも固有の原子番号があります。水素は陽子が1個なので原子番号は1、ヘリウムは2、炭素は6、鉄は26で、これまでに命名された最も重い元素であるオガネソンは118です。各行を左から右へ読むと、ランタノイドとアクチノイドが下の行に移されている部分を除き、マスごとに原子番号が1ずつ増えていきます。

中性の原子では電子の数が陽子の数と等しいので、原子番号は電子の数も表します。その電子、とくに最も外側の電子が元素の反応のしかたを決めるため、原子番号の順に並べると、性質が規則的な間隔でくり返されます。この繰り返しのパターンが「周期的」という言葉の意味です。

周期表をつくったのは誰？

1800年代には何人もの化学者が元素の分類を試みましたが、周期表を有名にしたのは、1869年にロシアの化学者ドミトリ・メンデレーエフが発表したものでした。彼は当時知られていた63種類の元素を原子量の順に並べ、性質の似た元素をまとめました。

メンデレーエフは、パターンから元素があるはずの場所に空欄を残し、その未発見の元素の性質を予言しました。のちにガリウム（1875年発見）、スカンジウム（1879年）、ゲルマニウム（1886年）が3つの空欄を埋め、その性質は彼の予言に近いものでした。

1913年、イギリスの物理学者ヘンリー・モーズリーは、順序の真の基準は原子量ではなく原子番号であることを示しました。これにより、テルル（原子量127.6）とヨウ素（126.9）のように、正しい族に入るために質量の順序を入れ替えて置かなければならない組があることが説明されました。

元素のマスの読み方

周期表の各マスは1つの元素を表しています。ほとんどの周期表には、少なくとも原子番号、1文字または2文字の元素記号、元素名、原子量の4つが示されています。

鉄を例にとると、原子番号26、元素記号 Fe、原子量55.845です。原子量はその元素の天然の同位体の質量の加重平均なので、通常は整数になりません。同じ数値は、その元素1モルの質量をグラムで表したものでもあるため、鉄のモル質量は55.845 g/mol です。

元素記号は必ず大文字で始まり、2文字目がある場合は小文字です。Co はコバルトですが、CO は炭素と酸素の化合物である一酸化炭素です。

族と周期

縦の18列を族といいます。同じ族の元素は一般に外側の電子の数が同じなので、似た反応をします。第1族のアルカリ金属はすべて水と反応し、第18族の貴ガスはほとんど何とも反応しません。

横の7行を周期といいます。周期の番号は、原子が使っている電子殻の数を示します。第3周期のナトリウムは3つの殻に電子をもちます。周期を左から右へ進むと、各元素は前の元素より陽子と電子が1個ずつ多くなり、元素は左の金属から右の非金属へと少しずつ変化します。

金属、非金属、そして下の2行

表の右側にあるジグザグの「階段」の線が、金属と非金属を分けています。元素の80種類以上は金属で、表の左側と中央を占めます。炭素、窒素、酸素、ハロゲン、貴ガスなどの非金属は右上にあります。水素も、第1族の先頭に置かれていますが非金属です。ケイ素などの半金属（メタロイド）は階段に沿って並び、両方の性質をあわせもちます。

本体の表の下にある2つの別の行は、ランタノイド（57〜71番元素）とアクチノイド（89〜103番元素）です。本来は第6周期と第7周期に属しますが、表の幅を扱いやすくするために下に印刷されています。

周期表が役に立つ理由

元素の位置がわかれば、その性質を予測できます。ナトリウムは第1族なので電子を1個失って Na⁺ になり、塩素は第17族なので電子を1個得て Cl⁻ になります。1個ずつでつり合うため、食卓塩は NaCl です。同じ考え方で、すべての事実を暗記しなくても、化学式、電荷、結合の種類を予測できます。