第3編 無機物質

第1章 典型元素

1元素周期表 2水素 3貴ガス  

4ハロゲン 5酸素と硫黄 

6窒素とリン 7炭素とケイ素 8気体

 

 元素の種類と周期表  

周期表の横の並びを〔 周期 〕,縦の並びを〔  〕という。横の並びは原子番号の順になっている。同じ族の元素は〔 同族元素 〕と呼ばれ,価電子数が同じ(最外殻電子数が同じ)なので,性質が似ており,それぞれの族が1つのグループになっている(3族〜12族は例外)。そのため,縦の順番で覚えることも重要。特に1,2,17,18族にはそれぞれ〔 アルカリ金属 〕,〔 アルカリ土類金属 〕,〔 ハロゲン 〕,〔 貴ガス 〕という名前(グループ名)がついている。下の周期表で二重線で囲んだ部分を〔 遷移元素 〕,それ以外を〔 典型元素 〕という。また,太線で囲んだ部分は,すべて,〔 非金属元素 〕,それ以外は〔 金属元素 〕である。

 アルカリ金属は最外殻の電子を放出し,一つ内側の電子殻を電子数8にして,陽イオンになる。この性質を陽性が強いという。アルカリ金属元素内では原子番号が大きくなるほど(周期表で下にいくほど)陽性が強くなる@。またハロゲンは最外殻に電子を取り込み,電子数を8にして,陰イオンになる。この性質を陰性が強いという。ハロゲン元素内では原子番号が小さくなるほど(周期表で上にいくほど)陰性が強くなるA周期表では18族を除いてB右上にいくほど陰性が強くなり,左下にいくほど陽性が強くなる傾向がある。

 
 

@ アルカリ金属の電子配置は,LiK2L1),NaK2L8M1),KK2L8M8N1)なので,最外殻と原子核の距離は,LiNaK<…となる。この距離が小さいほど, 原子核の引力が大きくなるので電子が取れにくくなる。つまり,電子の取れやすさ(陽性の強さ)は,LiNaK<…となる。(左下)

 
 
 
A ハロゲンの電子配置は,FK2L7ClK2L8M7),BrK2L8M18N7)なので,最外殻と原子核の距離は,FClBr<…となる。この距離が小さいほど原子核の引力が大きくなるので,より強く最外殻に電子を受け入れることができる。つまり,電子の受け取りやすさ(陰性の強さ)は,FClBr>…となる。(右上) 

B 貴ガスの電子配置は最外殻が最大数で満たされている(閉殻)か8で安定なので,電子を放出したり,受け取ったりしない。そのため,陽性や陰性は考えない。 

 水素

【水素の単体の製法】

水素Hは宇宙で最も多く存在する元素である(地球の地殻付近では,OSiAlFe)。単体はH2で,アンモニアNH3,塩化水素HCl,メタノールCH3OHの合成,燃料電池の活物質,ロケットの燃料などに利用される。

(工 的)炭化水素と水蒸気  CH4 + H2O CO + 3H2

(実験室的) 亜鉛などに希塩酸や希硫酸

〔 Zn 2HCl → ZnCl2 + H2 〕         〔 Zn H2SO4 → ZnSO4 + H2 〕
(無機化学の反応式 パターン3 金属と塩酸 ⇒ その金属の塩酸塩+α)(無機化学の反応式 パターン4 金属と硫酸 ⇒ その金属の硫酸塩+α)

 
 

【水素の化合物】 

水素はClNCなどの非金属の元素とは共有結合して分子を作る。HClなど,共有結合でできた化合物の中には,電離してHを放出する物質(酸)がある。陽性の強い(陽イオンになりやすい)金属とはH(水素化物イオン)としてイオン結合する。 

 
 

 貴ガス元素(18族元素) 

貴ガス原子の最外殻に入っている電子の数は,Heでは〔 2 〕個,他の元素はすべて〔 8 〕個で安定しており,イオン化エネルギーはいずれも高い。このため,他の原子と結合したりせず,原子1つの状態(単原子分子という)で存在する。

  Heは,不燃性で水素についで軽いので,気球・飛行船に用いられる。また,沸点が極めて低いので超伝導や超流動などの極低温の研究に用いられる。Neは,液体空気の分留によって得られ,ネオンサイン(赤橙色)に使われる。Arは貴ガスの中で,最も大気中に多く存在する。液体空気の分留によって得られ,電球の封入ガス,溶接や製鋼用の保護ガス(酸化防止ガス)などに使われる。Krも電球の封入ガスに用いられる。Xeを封入した放電管は強い光を発するので,ストロボに使われる。Rnは放射性があり,がん治療に用いられる。