元素の周期的分類

周期表は、原子番号の大きい順に原子を並べたもので、同じ化学的性質を持つ元素が周期的に繰り返されます。周期表に電子配置を加えると、これらの元素の外殻の電子配置が似たものが周期的に繰り返されることになります。価電子は、原子の外殻にあるため、化学反応において最も重要な役割を果たします。外殻電子は原子の電子の中で最もエネルギーが高く、内殻電子よりも失われやすく、共有されやすいです。また、価電子は、元素のいくつかの物理的特性を決定する要因でもあります。

横の列は周期と呼ばれます。1周期の間に、連続する各元素は、原子核に陽子を1個追加し、価電子を1個追加します。縦の列は族です。アルカリ金属のリチウムとナトリウムはそれぞれ1個、アルカリ土類金属のベリリウムとマグネシウムはそれぞれ2個、ハロゲンのフッ素と塩素はそれぞれ7個の価電子を持っています。元素の反応を規定するのは、価電子の喪失、獲得、共有です。同じグループの元素で化学的性質が似ているのは、同じ数の価電子を持っているからです。

周期表は、原子構造が解明される以前に、元素の化学的挙動に基づいて作成されたものであることを忘れてはなりません。現在では、原子が持つ価電子の数が同じであれば、同じ族に属するという周期表の配置が理解されています。図1の色分けされた部分は、充填されている軌道によって3つに分類されています。

図 1 ：周期表のこのバージョンは、各要素の設定を示しています。 各族の設定はよく似ていることに注意。

主な族の元素は、典型元素と呼ばれることもあります。図1の青と赤で示したように、最後に加わった電子が最外殻のs軌道またはp軌道に入る元素です。このカテゴリーには、非金属元素のすべてと、半金属および多くの金属が含まれます。主群元素の価電子は、n準位が最も高いものです。例えば、ガリウム（Ga、原子番号31）の電子配置は[Ar]4s²3d¹⁰4p¹であり、3個の価電子を含んでいます（下線部）。完全に満たされたd軌道は、価電子ではなく内殻電子としてカウントされます。

左端の2列がsブロックで、右端の6列がpブロックです。p-ブロックに属する希ガスは、2個のヘリウムを除いて、すべて8個の価電子を持っています。これらの元素は非常に安定していて、反応しません。

遷移元素または遷移金属：最後に加えられた電子がd軌道に入る金属元素です。これらの元素の価電子（最後の希ガス配置の後に付加される電子）には、nsと（n – 1）d電子が含まれます。IUPACの正式な定義では、遷移元素はd軌道が部分的に満たされたものと規定されています。したがって、完全に満たされた軌道を持つ元素（図1のZn、Cd、Hg、およびCu、Ag、Au）は、厳密には遷移元素ではありません。しかし、この用語は、dブロック全体（図1では黄色で表示）を指すことが多いです。

dブロックは10列で構成されています。各列を埋めるd軌道の主量子数は、列番号から1を引いたものに等しいです。4列目には3d軌道、5列目には4d軌道が満たされ、以下のようになります。

内部遷移元素/strong>：図1の緑色で示されます。内部遷移元素の価電子殻は、(n – 2)f、 (n – 1)d、nsの各小軌道からなります。内部遷移元素は、最後の電子がf軌道に入ることでfブロックを構成します。各列を埋めるf軌道の主量子数は、列番号から2を引いたものに等しいです。6列目には4f軌道が、7列目には5f軌道が充填されます。２つの内部遷移系があります: