2.5: 周期表

初期の化学者たちは、より多くの元素を発見したため、さまざまな元素を同じような化学的挙動でグループ化できることに気づきました。 そのようなグループの一つには、リチウム（ Li ）、ナトリウム（ Na ）、カリウム（ K ）が含まれます。 これらの元素はすべて光沢があり、熱および電気の伝導性が高く、同じような化学特性を有します。 もう 1 つのグループには、カルシウム（ Ca ）、ストロンチウム（ Sr ）、バリウム（ Ba ）があります。これらは光沢があり、熱と電気の伝導性が高く、化学的特性が共通しています。 ただし、これら 2 つのグループの特定の性質は、互いに全く異なります。 たとえば、 Li 、 Na 、 K は、 Ca 、 SR 、 Ba よりも反応性が高くなります。 さらに、 Li 、 Na 、 K は2つの原子と1つの酸素原子という比で酸化物を形成し、 Ca 、 Sr 、 Ba は1つの原子のと 1 つの酸素原子で酸化物を形成します。 フッ素（ F ）、塩素（ Cl ）、臭素（ Br ）、ヨウ素（ I ）も同様の特性を示しますが、これらの特性は上記の元素とは大きく異なります。

ロシアのドミトリ・メンデレーエフ（ 1869 年）とドイツのロータル・マイヤー（ 1870 年）は、その時に知られている元素の特性間の周期的な関係を、それぞれ独自に認識しました。 両方の出版された表の中で、原子質量の増加に従って元素が配置されています。 しかしメンデレーエフはマイヤーよりも一歩進んでいました。メンデレーエフは自分の表を使って、アルミニウムやシリコンに似た特性を持つが、まだ知られていない元素の存在を予測しました。 ガリウム（ 1875 年）とゲルマニウム（ 1886 年）の発見は、メンデレーエフの研究に大きな支持を与えました。 メンデレーエフと マイヤー は優先順位をめぐって長い対立していましたが、 メンデレーエフの周期表の開発への貢献は現在より広く認識されています。

20 世紀までには、周期的な関係は原子質量より原子番号に関わりが深いことが明らかになりました。 この関係を現代的に表したのが周期律で、次のように記述しています。元素の特性は原子番号の周期関数です。 現代の周期表では、原子番号が昇順となるよう元素を配置し、同じ縦の列に類似した特性を持つ原子をグループ化します。 各表の中には元素を表示し、原子番号、記号、平均原子質量、および（場合によっては）名前が含まれます。  

元素は、周期と呼ばれる 7 つの横の行と、族（グループ）と呼ばれる 18 の縦の列に配置されます。 各列の上部に族のラベルが表示されます。 表を 1 ページに収めるために、 2 つの行の一部（合計 14 列）は通常、表本体の下に書き込まれます。

多くの元素は化学特性と物理特性が大きく異なりますが、一部の元素はその挙動が似ています。 例えば、多くの元素が光沢があり、展性と延性があり、熱と電気をうまく伝導します。 他の元素は光沢がなく、展性はなく、延性がありません。また、熱や電気の伝導性が低くなっています。 これらの元素は、共通の特性を持つ大きなクラスに分類できます。金属（光沢のある元素、展性のある元素、熱と電気の良好な導体、暗い黄色）、非金属（鈍く見え、熱と電気の伝導性が低い元素、暗い赤色）、半金属（熱と電気を適度によく伝導し、金属の特性と非金属の特性（暗い紫）を持つ元素）です。

これらの元素は、 1 、 2 、および 13 – 18 とラベルされた列の主要族元素（または典型元素）、 3 – 12 とラベルされた列の遷移金属、および表の最も下部にある 2 つの行の内部遷移金属に分類することもできます。 表の一番下にある内部遷移金属の一番上の行の要素はランタノイドで、一番下の行の要素はアクチノイドです。 これらの元素は、化合物の組成など、より具体的な特性によってさらに細分化することができます。 例えば、1族 （最初の列）の元素は、元素1 つの原子と水素 1 つの原子で構成される化合物を形成します。 これらの元素（水素を除く）はアルカリ金属と呼ばれ、すべて同じような化学特性を持っています。 2族 （第 2 列）の元素は、元素の原子 1 個と水素の原子 2 個からなる化合物を形成しています。これらはアルカリ土類金属と呼ばれ、その族のメンバー間で類似した特性を持っています。  

特定の名前を持つその他の族は、プニクトゲン（第15族 ）、カルコゲン（第16族 ）、ハロゲン（第 17族 ）、希ガス（第 18族 、不活性ガス）です。 族は、族の最初の要素によって参照することもできます。たとえば、 カルコゲンは酸素族または酸素ファミリーと呼ばれます。 水素は、第 1 族と第 17 族の両方の要素に類似した特性を持つユニークな非金属元素です。 そのため、水素は両方の族の一番上に表示されることもあれば、単独で表示されることもあります。

元素 43 （テクネチウム）、元素 61 （プロメチウム）、および原子番号 84 （ポルニウム）以上の元素のほとんどには、角括弧で示された原子質量があります。 これは、すべて不安定な放射性同位体で構成される元素に対して行われます（放射能については、核化学の章で詳しく説明します）。 これらの元素の平均原子重量は測定できません。放射性同位体は、発生源に応じて相対的な量が大きく変化する場合や、自然に存在しない場合があるからです。 角括弧内の数値は原子質量番号で、その元素の最も安定した同位体の原子質量の概算です。

Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 2.5: The Periodic Table から引用したテキスト。