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「価電子」と「周期表」をシミュレーターで理解しよう![化学入門]

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前回記事から化学の分野についての解説をしていきます。化学で一番の基礎といえるのが「原子」です。

本記事では「価電子」と「周期表」を解説していきます!

「価電子」と「周期表」をシミュレーターで理解しよう![化学入門]

おさらい:化学の基礎の基礎。原子とは?

原子とは、「この世界を構成する最小要素」です。地球にあるもの、宇宙にあるものの全てがこの「原子」で構成されます。

原子は↓の「陽子」「中性子」「電子」の3つで構成されます。

陽子

  • 中性子とともに、中心(原子核)を構成する要素
  • 中世子と同じ質量を持つ
  • 電子とは真逆のプラスの電荷をもつ

中性子

  • 陽子とともに、中心(原子核)を構成する要素
  • 陽子と同じ質量を持つ
  • 電荷をもたない

電子

  • 原子核のまわりを回る要素
  • 陽子とは真逆のマイナスの電荷を持つ
  • 陽子/中性子と比べると小さく、質量がほとんどない

価電子 = 一番外側に配置される電子のこと

まず価電子について説明します。原子は種類によって様々な性質を持ちますが、そのような原子の性質は「一番外側の電子=最外殻にある電子」によって決まることが多いです

この「最外殻にある電子」のことを「価電子」といいます!

価電子

原子の性質を決める「最外殻にある電子」のこと

例えば↓のマグネシウムの例では、M殻にある2個の電子が価電子になります!

特にこの「価電子の数」が非常に重要なのです!

周期表 = 価電子の数で原子を分類した表

上記のとおり、原子の性質は「価電子の数」によって決まる傾向があります。そこで、化学では↓のような「周期表」を用いて、原子を分類します。

周期表は「価電子が同じものは、同じ列になるように分類した表」です。
このときに、縦の列を「族」、横の行を「周期」と呼びます。例えば、↓のMgは3周期目の2族の原子ということになります。

それではここで、実際に「価電子」と「周期表」関係性はどうなるのか、シミュレーターで見てみましょう!

「価電子」と「周期表」をシミュレーターで計算してみよう!

シミュレーターの説明
  • ↓のスライドバーで原子番号を選択すると、↓で「価電子」の配置と「周期表上の位置」が確認できます
  • 周期表では、現在選択している原子を緑背景で表示します
  • 今回のシミュレーターでは、原子番号20のCaまでが表示可能です
  • 電子殻の中で、電子が入る空きがある場所は灰色で示しています

* 正確には3周期目と4周期目の電子殻にはもっと入りますが、今回8個だけ電子が入る枠があるものとして表現しています。

原子番号
1


縦の列で「族」、横の行で「周期」を表しています。

周期表の規則

↑のシミュレーターから、次のような性質が見えてくると思います。

同じ周期上では、族が大きくなっていくほど価電子が多くなる

これはシミュレーターで原子番号を増加させてみるとわかると思います。同じ行ならば、右にいくほど電子が埋まっていきます。
(ただし、今回除外している3族~12族は、遷移元素といってこの限りではないです)

1,2,13~18族は、「下一桁の数 = 価電子の数」となる

これも観察すると分かると思います。今回シミュレーターで表示している1,2,13~18族は、その族の下一桁の数だけ価電子を持ちます。

例えば原子番号8の酸素は、16族となりますが、ちょうど6個の価電子を持ちます。

周期が増えて、次の行にいくと電子殻の軌道が増える

シミュレーターで分かる通り、各原子の災害殻は、1行目のときはK殻、2行目はときはL殻、3行目のときはM殻、4行目はN殻というように増えていきます。

つまり、周期の行数を見れば、どの軌道が最外殻になるかが分かるんです!

↓4周期目のCaは、最外殻が4番目のN殻となることが分かります

まとめ:一番外側電子殻の電子を「価電子」といい、その数で分類して「周期表」をつくる!

今回は「価電子」について解説しました。価電子は原子の性質を決める「最外殻にある電子」のことを意味します。原子の性質を決める一番の要素は、この価電子の数になります。

そのため、この価電子の数で原子を分類した表を「周期表」といいます。このときに、縦の列を「族」、横の行を「周期」と呼びます。
そして同じ周期ならば、族が増えて右にいくほど価電子が大きくなっていきます。

特に「族」は重要です。1,2,13~18族では「族の下一桁の数 = 価電子の数」という重要な決めがあります!このルールで原子を整理して分類していることを理解しましょう!

 

「価電子」「周期表」まとめ

  • 一番外側にある軌道(最外殻)にある電子の数は、原子の性質を決める重要な役割を持つ。この最外殻の電子を、価電子という
  • この最外殻軌道と価電子の数でうまく分類したのが、化学の周期表。縦の列を「族」、横の行を「周期」と呼ぶ

 


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