周期律と周期表
周期律とは、元素を原子番号の順に並べたときに、性質の似た元素が周期的に現れることです。周期律に基づいて元素を分類した表を周期表と呼びます。
- 族:周期表の縦の並びで、第1~18族までの18の族からなる。
- 周期:周期表の横の並びで、第1~7周期までの7つの周期からなる。
- 典型元素:1、2族および12~18族の元素。
同族元素の価電子の数が等しく、化学的性質が似ている。
族番号が大きい(小さい) ⇒ 陰イオン(陽イオン)になり易い
周期番号が大きい(小さい) ⇒ 陽イオン(陰イオン)になり易い - 遷移元素:3~11族の元素。金属元素。
同族元素よりも、横の元素同士との化学的性質が似ている。
典型元素の周期表は以下になります。
周期$\setminus$族 | 1 | 2 | ~ | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
1 | H | - | - | - | - | - | - | - | He |
2 | Li | Be | ~ | B | C | N | O | F | Ne |
3 | Na | Mg | ~ | Al | Si | P | S | Cl | Ar |
4 | K | Ca | ~ | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr |
5 | Rb | Sr | ~ | In | Sn | Sb | Te | I | Xe |
6 | Cs | Ba | ~ | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn |
7 | Fr | Ra | ~ | - | - | - | - | - | - |
元素の性質
ハロゲン(17族)
ハロゲンは、価電子が7個で、1価の陰イオンになり易い性質を持ちます。ハロゲンの元素の特徴は以下になります。
フッ素 | $\mathrm{ F_2}$ | 気体・淡黄色、水と激しく反応、ハロゲン化水素($\mathrm{HF}$)は弱酸 |
塩素 | $\mathrm{ Cl_2}$ | 気体・黄緑色、水と一部が反応、ハロゲン化水素($\mathrm{HCl}$)は強酸 |
臭素 | $\mathrm{ Br_2}$ | 液体・赤褐色、水と僅かに反応、ハロゲン化水素($\mathrm{HBr}$)は強酸 |
ヨウ素 | $\mathrm{ I_2}$ | 個体・黒紫色、水に溶けない、ハロゲン化水素($\mathrm{HI}$)は強酸 |
酸素・硫黄(16族)
16族の元素の性質は以下になります。
酸素 | $\mathrm{O_2}$ | 無色・無臭の気体、助燃性 |
オゾン | $\mathrm{O_3}$ | 淡青色・特異臭の気体、酸化力大 |
硫黄 | $\mathrm{S}$ | 斜方硫黄・単射硫黄・ゴム状硫黄などの同素体 |
窒素・リン(15族)
15族の元素と化合物の性質は以下になります。
窒素 | $\mathrm{N_2}$ | 無色・無臭の気体、常温では化学的に不活発 |
リン | $\mathrm{P}$ | 黄リン・赤リンなどの同素体 |
炭素・ケイ素(14族)
14族の元素と化合物の性質は以下になります。
炭素 | $\mathrm{C}$ | ダイヤモンド・黒鉛・フラーレンなどの同素体 |
ケイ素 | $\mathrm{Si}$ | ダイヤモンド型の共有結合結晶 |
アルミニウム(13族)
13族の元素の特性は以下になります。
- 価電子3個を持ち、3価の陽イオンになり易い
- 両性元素(両性金属)で、酸にも強塩基にも溶けて $\mathrm{H_2}$ を発生する
アルカリ土類金属(2族)
2族の元素($\mathrm{Be,Mg,Ca,Sr,Ba}$)の特性は以下になります。
- イオン化傾向が大きく、2価の陽イオンになり易い
- $\mathrm{Ca^{2+},Sr^{2+},Ba^{2+}}$ は常温、$\mathrm{Mg}$ は高温で水と反応して $\mathrm{H_2}$ を発生する
アルカリ金属(1族)
1族の元素($\mathrm{Li,Na,K,Rb,Cs}$)の特性は以下になります。
- イオン化傾向が大きく、1価の陽イオンになり易い
- 常温の水と激しく反応して $\mathrm{H_2}$ を発生する
- 還元力が強く、単体は塩の溶融塩電解で作る
- 淡色反応を示す
無機物質の反応
気体の製法
主な気体の製造方法は以下になります。
- 酸素:
塩素酸カリウムの分解:$\mathrm{2KClO_3\to 2KCl+3O_2}$↑
過酸化水素水の分解:$\mathrm{2H_2O_2\to 2H_2O+O_2}$↑ - 水素:
亜鉛に希硫酸を加える:$\mathrm{Zn+H_2SO_4\to ZnSO_4+H_2}↑$ - 塩素:
二酸化マンガンと濃塩酸を加熱:$\mathrm{MnO_2+4HCl\to MnCl_2+2H_2O+Cl_2}$↑ - 窒素:
亜硝酸アンモニウムの熱分解:$\mathrm{NH_4NO_2\to 2H_2O+N_2}$ - 塩化水素:
塩化ナトリウムと濃硫酸を加熱:$\mathrm{NaCl+H_2SO_4\to NaHSO_4+HCl}$↑
沈殿反応
主な沈殿反応は以下になります。
- カルシウム:
$\mathrm{Ca^{2+}+CO_3^{2-}\to CaCO_3}$↓(白色) - バリウム:
$\mathrm{Ba^{2+}+CO_3^{2-}\to BaCO_3}$↓(白色)
系統分析
系統分析とは、2種類以上の陽イオンの混合溶液を一定の手順で分離することです。主な手順は以下になります。
- | 手順 | 沈殿物 |
1 | 塩化物として $\mathrm{HCl}$ を加える | $\mathrm{Ag^+,Pb^{2+},Hg_2^{2+}}$(塩化物) |
2 | 硫化物として1のろ液に$\mathrm{H_2S}$ を加える | $\mathrm{Cu^{2+},Ag^+, Cd^{2+},Pb^{2+}}$(硫化物) |
3 | 水酸化物として2のろ液を煮沸して $\mathrm{H_2S}$ を追出し、少量の $\mathrm{HNO_3}$ と十分な $\mathrm{NH_3}$ を加える | $\mathrm{Fe^{3+},Al^{3+}, Cr^{3+}}$(水酸化物) |
4 | 硫化物として3のろ液に $\mathrm{H_2S}$ を加える | $\mathrm{Zn^{2+},Ni^{2+},Mn^{2+}}$(硫化物) |

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