高校化学基礎 Unit 04 ・単元2「物質の構成粒子」3/3ページ

周期表と元素の性質

なぜ元素を表に並べると縦列で性質が似る？電気陰性度が一番大きいのはフッ素なのに、電子親和力が一番大きいのは塩素なのはなぜ？
周期表の読み方と周期律を、はじめての人から難関大志望者まで使えるレベルで整理しよう。

📊 周期と族⚡ イオン化エネルギー・電子親和力🔬 電気陰性度

📍 単元2「物質の構成粒子」3/3ページ:① 原子の構造 → ② 電子配置とイオン → ③ 周期表と元素の性質(このページ)

周期表の構造

周期表は、118種類ある元素を「性質が似たものが縦に並ぶように」並べた、いわば元素の"座席表"。前のページで学んだ「価電子の数」が同じ元素どうしが同じ列(族)に並ぶように工夫されている。

だから周期表の同じ列を見れば、「この元素はきっとこんな反応をするはずだ」とある程度予想がつく。これが理科の授業で周期表を必ず覚える理由だ。

元素を原子番号順に並べ、性質の類似する元素が縦に揃うように配置した表が周期表。横の行を周期、縦の列を族と呼ぶ。

図1:第1〜3周期の周期表(簡略版)。縦の族で化学的性質が類似し、横の周期で電子殻の数が同じ。

🔬 代表的な元素グループ

アルカリ金属(1族):Li, Na, K など。価電子1個で電子を失いやすく、反応性が高い(例:ナトリウムは水と激しく反応)
ハロゲン(17族):F, Cl, Br など。価電子7個で電子を受け取りやすい(例:塩素は消毒剤・殺菌剤として利用)
貴ガス(18族):He, Ne, Ar など。最外殻が満員で極めて安定(例:ヘリウムは風船用ガスとして反応せず安全)

❌ よくある誤解

誤:族番号=価電子数というルールは、周期表のすべての元素で成り立つ正:典型元素では族番号の一の位が価電子数に一致する(1, 2族と13〜17族。18族の貴ガスは価電子0)が、遷移元素(3〜12族)では単純に対応しない

遷移元素は内側の電子殻(d軌道)に電子が入っていくため、族番号と最外殻電子数が単純には一致しない。高校化学基礎では主に典型元素を扱う。

誤:水素(H)は1族だからアルカリ金属の仲間で、金属的な性質を持つ正:水素は価電子が1個であるため1族に置かれるが、常温で気体・共有結合を作るなど非金属的な性質を示し、アルカリ金属特有の強い金属光沢や高い反応性は持たない

周期表の「位置」と「性質」が必ずしも一致しない代表例。水素は周期表の中でも特殊な位置づけの元素として扱われる。

💡 なぜ縦(族)で性質が似るのか? 同じ族の元素は、最外殻の電子配置(価電子の数)が同じになる。化学的性質の多くは最外殻の電子がどうふるまうかで決まるため、価電子数が同じ元素どうしは似たような反応の仕方をする。

周期律と元素の性質の傾向

周期表を横に見ていくと、原子の大きさや「電子の引きつけやすさ」が少しずつ規則的に変わっていく。これを「周期律」という。右に行くほど原子は電子を強く引きつけるようになり、逆に下に行くほど原子は大きくなり、電子を引きつける力は弱まる——というゆるやかな法則がある。

この規則を知っていると、「習っていない元素の性質」もある程度予想できるようになる。これが周期表の便利なところだ。

元素の性質は原子番号とともに周期的に変化する(周期律)。原子半径・イオン化エネルギー・電子親和力・電気陰性度には明確な傾向がある。

📈 周期表における性質の変化傾向

性質	同周期(左→右)	同族(上→下)
原子半径	小さくなる(核電荷増大で電子が引きつけられる)	大きくなる(電子殻が増える)
イオン化エネルギー	大きくなる(電子を取り出しにくくなる)	小さくなる(外側の電子は取り出しやすい)
電子親和力	おおむね大きくなる(ハロゲンが最大)	おおむね小さくなる
電気陰性度	大きくなる(Fが最大3.98)	小さくなる
金属性	弱くなる(右へ非金属的に)	強くなる

⚡ イオン化エネルギーと電子親和力の違い

イオン化エネルギー:原子から電子を1個取り去って陽イオンにするのに必要なエネルギー。小さいほど陽イオンになりやすい(例:アルカリ金属は小さい)
電子親和力:原子が電子を1個受け取って陰イオンになるときに放出されるエネルギー。大きいほど陰イオンになりやすい(例:ハロゲンは大きい)
身近な例:ナトリウム(Na)がすぐに電子を手放すのはイオン化エネルギーが小さいから、塩素(Cl)がすぐに電子を受け取るのは電子親和力が大きいから——食塩(NaCl)ができる理由はこの2つの性質の組み合わせで説明できる

❌ よくある誤解

誤:電気陰性度が最大のフッ素は、電子親和力も周期表で最大だ正:電気陰性度が最大なのはフッ素(3.98)だが、電子親和力が最大なのは塩素である

フッ素の原子は非常に小さく、もともとの電子どうしがすでに密集しているため、新しく入ってくる電子との反発が大きくなり、放出されるエネルギー(電子親和力)がわずかに抑えられる。塩素はフッ素よりひとまわり大きいため、この反発が小さく、電子親和力はフッ素をわずかに上回る。「電気陰性度」と「電子親和力」は似た言葉だが定義が異なる別の量であることに注意。

誤:イオン化エネルギーは同族で下に行くほど、原子核の陽子が増える分だけ大きくなる正:同族では下に行くほどイオン化エネルギーは小さくなる

陽子数(核電荷)は増えるが、それ以上に電子殻の数が増えて最外殻が原子核から遠ざかるため、最外殻電子を引きつける力はむしろ弱まり、電子を取り去りやすく(イオン化エネルギーが小さく)なる。

💡 なぜフッ素と塩素で電気陰性度と電子親和力の大小関係が逆転するのか? 電気陰性度は「結合している相手の電子をどれだけ強く引きつけるか」という相対的な力の指標で、原子核からの距離が近いフッ素が最も強い。一方、電子親和力は「新しい電子1個を実際に受け入れたときに放出される正味のエネルギー」という実測値であり、フッ素は原子が小さすぎるがゆえの電子間反発というマイナス要因が働く。似ているようで測っているものが違うため、順位の逆転が起こる。

🎯 練習問題

まず自分で解いてから、「答えを見る」を押して確かめよう。

問1 ★ 周期表

周期表の縦の列を何というか。

答えを見る

答え族

縦の列が族、横の行が周期。

問2 ★ 元素のグループ

次のうち、ハロゲンはどれか。

アNa
イNe
ウCl
エMg

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答えウ

ハロゲンは17族の元素（F, Cl, Br など）。

問3 ★★ 原子半径

同じ周期の元素を左から右へ順に見ていくと、原子半径は大きくなるか、小さくなるか。貴ガスは除いて考える。

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答え小さくなる

原子核の正電荷が増え、電子が強く引きつけられるため。

問4 ★★ イオン化エネルギー

同じ1族の元素で、周期表の上から Li、Na、K の順に並んでいる。イオン化エネルギーが最も小さいのはどれか。

アLi
イNa
ウK

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答えウ

同じ族では、下にある元素ほどイオン化エネルギーが小さい。

問5 ★★ 電子親和力

電子親和力が最も大きい元素は何か。元素名で答えよ。

答えを見る

答え塩素

電気陰性度が最大なのはフッ素、電子親和力が最大なのは塩素。

問6 ★★★ 族と価電子

次の文は正しいか、誤りか。
「「族番号の一の位 = 価電子の数」という関係は、遷移元素（3〜12族）でも成り立つ。」

答えを見る

答え誤り

この関係が成り立つのは、貴ガスを除く典型元素（1, 2族と13〜17族）。遷移元素では単純に対応しない。

✅ この単元のまとめ

周期(横行):電子殻の数が同じ;同一周期は電子数が左から右へ1ずつ増える
族(縦列):最外殻電子数が同じ → 化学的性質が類似(典型元素の場合)
アルカリ金属(1族):価電子1個、反応性が高い;ハロゲン(17族):価電子7個、陰イオンになりやすい
貴ガス(18族):最外殻満員で最も安定、ほぼ反応しない
イオン化エネルギーは右上ほど大きい;電子親和力はハロゲンが大きく最大は塩素;電気陰性度は右上ほど大きく最大はフッ素
電気陰性度と電子親和力は似て非なる指標であり、フッ素と塩素で大小関係が入れ替わる点に注意

前：電子配置とイオン次：化学結合

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