周期表は原子番号順に左上から元素が並んでいます。1 族の 1 番上に水素、18 族の 1 番上にヘリウムときて、1 族の 2 周期目にリチウムが配置されていますよね。

なぜこのような隙間が空いた並び方になっているのでしょう？それは、電子配置で最外殻に入っている電子の数を縦に揃えたいから、このような並びになっているのです。

では、ここから原子の構造と電子配置について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、とても小さなマイナスの電荷をもつ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言うのです。

電子は内側から入ることが決まっていて、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。周期表で横に並んでいる元素は、電子が入っている最外殻が何殻か？が同じ元素です。例えば第 1 周期の元素は最外殻が K 殻で、第 2 周期の元素は最外殻が L 殻になります。

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 個です。

さらに、重要なのが最大の個数がいくつの場合でも、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。

周期表では最外殻が何殻であっても、その殻に入っている電子の数が同じ元素が縦に並んでいるのです。そして、最外殻に入っている電子の数が同じという事は、化学結合できる電子の数が同じという事で、化学的性質がよく似ています。

最外殻に入っている電子の数（1 族～ 17 族では価電子と言って化学結合に使うことができる電子の数を指します）が同じだと、化学的性質が似るということはどういうことでしょうか？

原子が化学結合したりイオンになったりする時に、価電子がいくつあるかによって、どんな原子と化合物をつくりやすいかやどんなイオンになりやすいかが変わってきます。

第 1 族を例にとって解説しましょう。

第 1 族のアルカリ金属は価電子の数が 1 個の原子たちです。価電子の数が 1 個ということは、安定になるために電子を手放しやすく1 価の陽イオンになりやすいという性質があります。さらに簡単に電子を持っていかれてしまう、ということは酸化されやすいです。（電子を失うことを酸化されると言います。）

そして価電子の数が 1 個しかないため不安定であり、常にその 1 個の価電子を他の原子に渡して安定化したいので、とても反応性が高く常温の水とも激しく反応するのです。

化学反応は電子のやり取りで起こります。一番外側に持っている電子の数が同じという事は、同じような反応が起きやすく、つまり化学的性質が似るということです。

これまでしつこいほどお伝えしたのが、周期表で縦に並んでいる元素＝（典型元素では）最外殻に入っている電子の数が同じ元素＝化学的性質が似ているという事でした。

よく元素を覚えるときに、「水兵リーベ…」と原子番号順に覚えますが、実は周期表で縦に並んでいる元素を一括りにして覚えたほうが、その後元素の性質を考えるときに便利です。

周期表で縦に並んでいる元素のことを同族元素といい、同族元素の中で特に重要なグループがあります。

第 1 族の水素を除くアルカリ金属、第 2 族のベリリウムとマグネシウムを除くアルカリ土類金属、第 17 族のハロゲン、第 18 族の希ガスです。

先ほど第 1 族の性質について少し触れましたが、ここからは特に重要なその 4 つの同族元素をピックアップして解説していきましょう。

周期表で一番左の列ですが、水素はアルカリ金属ではありません。

水素はかなり特別な性質で、電子の数が 1 個なので電子を渡して 1 価の陽イオンにもなりますし、逆に電子をもらって 1 価の陰イオンにもなります。

このような挙動を示す元素は他になく、他の元素と同じグループに分類することができないので、水素はアルカリ金属というグループには入れられないのです。

先ほどもお話ししましたが、価電子の数が 1 個なので、電子を渡して 1 価の陽イオンになりやすく酸化されやすいです。

アルカリ金属元素は金属でありながら、軽くて柔らかいという特徴を持っています。そして反応性が高く、水とでもすぐ反応してしまうため、単体を保存する時は石油中に保存する事を覚えておきましょう。空気中にも酸素や水分が含まれているため、扱いには十分に注意する必要があるのです。

また、アルカリ金属はそれぞれに炎色反応を呈します。炎色反応というのは、高温で反応する時に可視光線としてエネルギーを放出するため、炎の色が変化する現象の事です。

では、それぞれの炎色反応の色を見ていきましょう。

アルカリ土類金属はアルカリ金属と似ていて、単体は常温でも水と反応する、炎色反応を示すという特徴があります。しかしベリリウムとマグネシウムの単体は常温の水と反応せず、炎色反応を呈しません。

原子のサイズが小さいためにカルシウム以下の元素と違う挙動を示すと考えられるため、アルカリ土類元素とは分けているのです。ベリリウムとマグネシウムを一つのグループにしてマグネシウム族と表すこともあります。

アルカリ土類金属は最外殻に電子を 2 個持っており、2 価の陽イオンになりやすい元素です。そしてアルカリ金属と同様に反応性が高く、常温の水と反応し水酸化物をつくります。空気中でも反応してしまうストロンチウムとバリウムは単体を石油中に保存することを覚えておきましょう。

また、アルカリ金属と同様にそれぞれに炎色反応を呈します。

ではそれぞれの炎色反応の色を見ていきましょう。

ハロゲンは最外殻に入っている電子の数が 7 個で、あと 1 個電子があれば安定した電子配置になれるので、相手の電子を奪う力がとても強力です。ということは、相手を強力に酸化する酸化剤となりますね。

強力に相手の電子を奪うということは、細菌などを死滅させるのに有効で、殺菌剤として市販されているものの中に含まれています。なぜ電子を奪われると菌が死んでしまうかというと、電子を奪われると化学変化しそれまでの役割を果たせなくなるからです。塩素が入った台所用漂白剤やヨウ素が入ったうがい薬はご家庭でもお使いかもしれません。

ハロゲンの酸化力は原子番号が小さいものほど強いです。

そして、ハロゲンの単体は全て色があり、毒性があります。

ハロゲン単体の色と常温常圧での状態についてまとめてみましょう。（1 族 2 族と違って炎色反応の色ではないのでご注意ください。）

周期表の一番右側にある希ガスは、最外殻に電子が定員いっぱいに入っています。原子1つだけで安定しているため、水素や酸素のように2個集まって分子を作らず、1つだけの原子の形で浮いているのです。（単原子分子といいます。）

安定した電子配置になりたくて電子を渡したり奪ったりする他の族と違い、他の元素と反応しにくいという事が希ガスの重要な特徴です。希ガスは安定しているので、人体に入っても体内で反応することがないため害はありません。そして、反応しにくい＝燃えにくいのでヘリウムガスは気球や飛行船にも使われています。

希ガスは単原子分子で空気中にごくわずかに気体で存在しているのです。そして、真空管に入れて放電するとそれぞれ色を呈します。

希ガスの放電時の色をまとめましょう。