トップ＞化学I 改訂版＞第３部 無機物質＞第１章 非金属元素と周期表＞第１節 周期表と元素の性質
第１節 周期表と元素の性質
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Ａ 単体の性質 ►元素の性質の周期性 周期性の例として，融点・沸点〔°C〕，原子半径〔×10―10m〕，電気陰性度，固体の密度〔g/cm3〕のグラフを示す。
融点・沸点を見ると，各周期において典型元素では14族付近に極大があり，18族で極小になることがわかる。これは，各周期の単体の結合方式を反映しており，周期の初めに金属，中間に共有結合性物質，終わりに分子性物質がくるためである。遷移元素の融点・沸点は比較的高い。 固体の密度は，融点・沸点とよく似たグラフとなり，その周期性の要因が結合の種類によることを示している。 Ｂ 第3周期の元素 ►第2周期・第3周期の金属元素の単体 単体の反応性は金属性が強い程大きく，第3周期でいえばNaが最も激しく反応する。例えば水とは，Naは室温で，Mgは熱水で，Alは高温水蒸気で，それぞれ反応する。 |
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第2周期・第3周期の金属元素の単体 |
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|
単体 |
融点 |
沸点 |
密度 |
結晶 |
電気 |
反応性 |
その他 |
Li
|
180.54 |
1347 |
0.534 |
金属 |
良 |
200℃で燃焼，水と反応 |
軽い，比熱大
|
|
Be |
1282 |
2970 |
1.8477 |
金属 |
良 |
室温で酸化膜，両性元素 |
有毒 |
|
Na |
97.81 |
883 |
0.971 |
金属 |
良 |
空気酸化，水で発火 |
― |
|
Mg |
648.8 |
1090 |
1.738 |
金属 |
良 |
室温で酸化膜，熱水と反応 |
― |
|
Al |
660.32 |
2467 |
2.6989 |
金属 |
優 |
室温で酸化膜，両性元素 |
― |
|
►同周期元素の単体の状態と反応性 周期表の左側の金属元素は，金属結合による単体を，右側の非金属元素は，共有結合による分子性の単体をつくる。両者の境界付近の元素では，共有結合により結晶をつくる。このような化学結合の違いにより，融点・沸点は，金属元素が比較的高く，非金属元素が比較的低く，両者の境界で非常に高くなる。したがって，同周期元素の融点・沸点は，原子番号が大きくなると次第に高くなるが，途中からまた低くなっていく。 |
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第2周期元素の単体の性質
*は気体で，単位はg/dm3 |
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単体の化学式 |
融点 〔°C〕 |
沸点 〔°C〕 |
密度 (固体) 〔g/cm3〕 |
結晶 の 種類 |
電気 伝導 性 |
反応性 |
その他 |
Li
|
180.54 |
1340 |
0.534 |
金属 |
良 |
200℃で燃焼，水と反応 |
軽い，比熱大 |
|
Be |
1282 |
2970 |
1.8477 |
金属 |
良 |
空温で酸化膜，両性元素 |
有毒 |
|
B |
2300 |
3658 |
2.34 |
共有 |
半 |
300°Cで酸化，少し両性 |
硬度9.3，半導体 |
|
C(黒鉛) |
― |
― |
2.26 |
共有 |
良 |
450°Cで酸化 |
硬度1〜2 |
|
C(ダイヤモンド) |
― |
― |
3.513 |
共有 |
不 |
700°Cで酸化 |
硬度10 |
|
N2 |
-209.86 |
-195.8 |
1.2506* |
分子 |
不 |
安定 |
|
|
02(酸素) |
-218.4 |
-182.96 |
1.429* |
分子 |
不 |
多くの気体と反応 |
|
|
03(オゾン) |
-193 |
-111.3 |
2.141* |
分子 |
不 |
02に分解，酸化力大 |
特異臭，有毒 |
|
F2 |
-219.62 |
-188.14 |
1.696* |
分子 |
不 |
酸化力特大，反応性大 |
特異臭，有毒 |
Ne
|
-248.67 |
-246.05 |
0.8999* |
分子 |
不 |
殆ど反応しない |
|
|
|
|||||||
|
第3周期元素の単体の性質 *は気体で，単位はg/dm3 |
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|
単体の化学式 |
融点 〔°C〕 |
沸点 〔°C〕 |
密度 (固体) 〔g/cm3〕 |
結晶 の 種類 |
電気 伝導 性 |
反応性 |
その他 |
Na
|
97.81 |
883 |
0.971 |
金属 |
良 |
空気酸化，水で発火 |
|
Mg
|
648.8 |
1090 |
1.738 |
金属 |
良 |
室温で酸化膜，熱水と反応 |
|
Al
|
660.32 |
2467 |
2.6989 |
金属 |
優 |
室温で酸化膜，両性元素 |
|
Si
|
1410 |
2355 |
2.3296 |
共有 |
半 |
SiF4，塩基と反応 |
半導体 |
|
P4(黄リン) |
44.2 |
280 |
1.82 |
分子 |
不 |
りん光，34°Cから発火 |
有毒 |
|
P(赤リン) |
― |
― |
2.2 |
共有 |
不 |
260℃で発火 |
|
|
S8(斜方) |
112.8 |
444.674 |
2.07 |
分子 |
不 |
高温で燃焼 |
|
|
S8(単斜) |
119.0 |
444.674 |
1.957 |
分子 |
不 |
高温で燃焼 |
|
|
Cl2 |
-101.0 |
-33.97 |
3.214* |
分子 |
不 |
反応性大，酸化力大 |
刺激臭，有毒 |
Ar
|
-189.3 |
-185.8 |
1.65 |
分子 |
不 |
ほとんど反応しない |
空気に0.934％ |
|
|
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►第2周期・第3周期の非金属元素の単体 単体の反応性は，18族の希ガスを除き，非金属性が強い程大きい。したがって，同周期ではハロゲンが最も激しく反応する。例えば水との反応は，Cl2は室温で反応するが，Si，P，Sは通常反応しない。 |
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第2周期・第3周期の非金属元素の単体 *は気体で，単位はg/dm3 |
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単体 |
融点 |
沸点 |
密度 (固体) 〔g/cm3〕 |
結晶 |
電気 |
反応性 |
その他 |
B
|
2300 |
3658 |
2.34 |
共有 |
半
|
300℃で酸化，少し両性 |
硬度9.3，半導体 |
|
C（黒鉛） |
― |
― |
2.26 |
共有 |
良
|
450℃で酸化 |
硬度1〜3 |
|
C（ダイヤモンド） |
― |
― |
3.513 |
共有 |
不
|
700℃で酸化 |
硬度10 |
|
N2 |
−209.86 |
−195.8 |
1. 2506* |
分子 |
不
|
安定 |
― |
|
O2（酸素） |
−218.4 |
−182.96 |
1.429* |
分子 |
不
|
多くの気体と反応 |
― |
|
O3（オゾン） |
−193 |
−111.3 |
2.141* |
分子 |
不
|
02に分解，酸化力大 |
特異臭，有毒 |
|
F2 |
−219.62 |
−188.14 |
1.696* |
分子 |
不
|
酸化力特大，反応性大 |
特異臭，有毒 |
|
Ne |
−248.67 |
−246.048 |
0.8999* |
分子 |
不
|
ほとんど反応しない |
― |
|
Si |
1410 |
2355 |
2.3296 |
共有 |
半
|
SiF4，塩基と反応 |
半導体 |
|
P4（黄リン） |
44.2 |
280 |
1.82 |
分子 |
不
|
りん光，34℃から発火 |
有毒 |
|
P（赤リン） |
― |
― |
2.20 |
共有 |
不
|
260℃で発火 |
マッチ箱 |
|
S8（斜方） |
112.8 |
444.674 |
2.07 |
分子 |
不
|
高温で燃焼 |
― |
|
S8（単斜） |
119.0 |
444.674 |
1.957 |
分子 |
不
|
高温で燃焼 |
― |
|
Cl2 |
−101.0 |
−33.97 |
3.21* |
分子 |
不
|
反応性大，酸化力大 |
刺激臭，有毒 |
|
Ar |
−189.3 |
−185.8 |
1.784* |
分子 |
不
|
ほとんど反応しない |
空気中に0.9341％ |
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►同周期非金属元素の化合物 非金属元素の酸化物は，元素の非金属性が強い程酸性が強い。したがって，同周期では原子番号が大きくなる程，酸性の強い酸化物になる。水酸化物やオキソ酸も同様の性質を示す。 |
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第2・第3周期非金属元素の化合物
|
||||
|
元素 |
水素化合物 |
酸素化合物 |
水酸化物・オキソ酸 |
水を含む反応 |
|
5B |
B2H6 分子性 |
B2O3 |
H3BO3 弱酸性
|
2H3BO3―→B2O3＋3H2O |
|
6C |
CH4 分子性 |
CO2 |
H2CO3 弱酸性 |
CO2＋H2O―→H2CO3 |
|
7N |
NH3 分子性 |
N2O5 |
HNO3 強酸性 |
N2O5＋H2O―→2HNO3 |
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80 |
H2O 分子性 |
― |
― |
― |
|
9F |
HF
分子性 |
OF2 |
― |
― |
|
14Si |
SiF4 分子性 |
SiO2 |
H4SiO4 弱酸性
|
H4SiO4―→SiO2＋2H20 |
|
15P |
PH3 分子性 |
P4O10 |
H3PO4 中程度の酸性 |
P4O10＋6H2O―→4H3PO4 |
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16S |
H2S 分子性 |
SO3 |
H2SO4 強酸性 |
SO3＋H2O―→H2SO4 |
|
17Cl |
HCl 分子性 |
Cl2O7 |
HClO4 強酸性 |
Cl2O7＋H2O―→2HClO4 |
|
►第2周期・第3周期の金属元素の化合物 金属元素の酸化物は，元素の金属性が強い程塩基性が強い。したがって同周期では，原子番号が小さくなる程塩基性の強い酸化物になり，非金属元素との境界付近に存在する元素の酸化物は両性を示す。水酸化物も同様の性質を示す。 |
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第2周期・第3周期の金属元素の化合物 |
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|
元素 |
水素化物 |
酸化物 |
水酸化物 |
水を含む反応 |
|
3Li |
LiH イオン性 |
Li2O |
LiOH 強塩基性
|
Li2O＋H2O―→2LiOH |
|
4Be |
BeH2 イオン性
|
BeO |
Be(OH)2 両性
|
Be(OH)2―→BeO＋H2O |
|
11Na |
NaH イオン性
|
Na2O |
NaOH 強塩基性 |
Na20＋H2O―→2NaOH |
|
12Mg |
MgH2 イオン性
|
MgO |
Mg(OH)2 弱塩基性
|
Mg(OH)2―→MgO＋H2O |
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13Al |
AIH3 分子性
|
Al2O3 |
Al(OH)3 両性
|
2Al(OH)3―→Al2O3＋3H2O |
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►両性，両性化合物 周期表で，非金属元素と金属元素の境界付近に存在する元素には，非金属性や金属性の曖昧なものが存在し，場合により両方の性質を示す。両性元素とは，単体や化合物の酸・塩基に対する性質が，典型的な金属元素や非金属元素とは異なり，両方の性質を示す元素をいう。Al，Zn，Sn，Pb等は，単体が強酸・強塩基のどちらとも反応する。また，酸化物や水酸化物が弱い酸・塩基の両方の性質をもち，塩基・酸のどちらとも反応する。したがって，これらは両性化合物をつくる元素である。両性化合物をつくる元素には，その他，Be，Cd，B，Ga，In，Si，Ge，As，Sb，Bi等がある。 |
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