化学

元素に規則性を見つけたメンデレーエフの周期表をわかりやすく元研究員が解説

よぉ、桜木建二だ。元素が並んでいる周期表ってみたことあるか?

高校で化学を学ぶ時に「水兵リーベボクの船…」って元素を覚えるよな。元素は数々発見されていたが、規則性を見つけ周期表の形に並べたのが、ロシアの化学者「メンデレーエフ」なんだ。

今回は「メンデレーエフ」の発見と「周期表」について、化学実験を生業にしてきたライターwingと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

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wing1982

ライター/wing

元製薬会社研究員。小さい頃から化学が好きで、実験を仕事にしたいと大学で化学を専攻した。卒業後は化学分析・研究開発を生業にしてきた。化学のおもしろさを沢山の人に伝えたい!

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1.メンデレーエフと周期表

image by iStockphoto

ロシアの化学者メンデレーエフは元素について考えるうちに、夢の中で周期表を思いついたと言われています。たくさんある元素をなぜあの順番で並べたのでしょう。なぜあのような形をしているのでしょうか。

それは原子の構造さらには電子配置と大きな関係があります。ではまず、メンデレーエフが元素に規則性があることを発見した所からお話していきましょう。

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1-1.偉大な化学者メンデレーエフ

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кабинет академика Михаила Михайловича Шульца – фото любезно передано мне в собственность вдовой М.М.Шульца Ниной Дмитриевной Шульц., パブリック・ドメイン, リンクによる

1869年ロシアの化学者ドミトリ・メンデレーエフが、それまでに発見されていた63種類の元素で周期表を作りました。

メンデレーエフは元素について20年以上も考察していましたが、ある日夢の中で元素が原子番号の順番に並んでいる表を見たことで、原子番号の順番に元素を並べると化学的特徴が周期的に繰り返されることを思いついたと言われています。

メンデレーエフはすぐに学会で元素の周期性について発表しましたが、当初はすごい発見だと認められることはありませんでした。しかし、メンデレーエフの周期表は新しい元素が発見されるたびに脚光をあびていきます。

なぜなら、メンデレーエフは、当時発見されていた63種類以外に未発見の元素があると考え、その個所を空欄にして周期表を作っていたからです。メンデレーエフの予想通りの元素がいくつも発見され、メンデレーエフも周期表も認められるようになっていきました。

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メンデレーエフが周期表を発表する前は、元素のそれぞれの特徴を、ひとつひとつ別のものとして考えるしかなかったんだな。今は同じ特徴を持つ元素を、まとめて覚えることができる。周期表を考え出してくれたメンデレーエフに感謝だな。

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1-2.周期表と原子の構造

image by iStockphoto

周期表の元素の並び方と密接に結びついているのが、原子の構造と電子配置です。まず原子の構造についておさらいしましょう。

原子は、プラスの電荷をもっている「陽子」と電気的に中性な「中性子」、その外側を回っているマイナスの電荷をもつ「電子」で構成されています。質量は陽子が 1 、中性子が 1 、電子がほぼ 0( 1 / 1840 )です。

では、改めて周期表を見てみましょう。周期表では元素は原子番号順に並んでいます。原子番号というのは原子の中の何の数だったでしょう?原子番号というのは、原子に含まれる陽子の数です。

原子番号が1つ大きくなると陽子の数が1つ増えるという事は、質量も大きくなります。さらに陽子の数が増えるという事は中性子と電子の数も増えるという事です。

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1-3.周期表と電子配置(1)

1-3.周期表と電子配置(1)

image by Study-Z編集部

周期表を見てみると、水素とヘリウムの間が大きく開いていることに気づくでしょう。これは電子配置と大きな関係があります。

その関係について学ぶために、電子配置についてもおさらいしましょう。陽子と中性子が集まって構成している原子核の周りを、とても小さな電子が飛び周っています。この電子は決められた部分を飛んでいて、その空間のことを電子殻というのです。

電子殻は、一番内側の殻から順番に、K 殻、L 殻、M 殻…と名付けられていて Q 殻まであります。それぞれの電子殻には入ることができる電子の数が決まっていて、K 殻は 2 個、L 殻は 8 個、M 殻は 18 個というように、内側から「 n 番目の殻に入ることができる最大の個数 = 2n2 個」となっているのです。

そして重要なのが、入ることができる最大の個数がいくつであっても、L 殻より外側は最外殻に入っている電子の数は 8 個で安定化します。

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