周期表—118元素の一覧と読み方、族と周期のつかみ方｜武蔵野個別指導塾

全118元素を番号順の表に載せました。希ガスの番号2、10、18、36、54、86、118を基準にすれば、番号だけで第何周期の何族かを言い当てられます。

よくあるのは、化学室の壁に貼られた大きな表の前で、チャイムを待っている場面です。色分けされた四角が並び、水素だけが左上にぽつんと離れ、ヘリウムは遠い右端にいます。なぜこんなに隙間だらけなのかわからないまま、小テストの範囲だけが先に決まります。模様にしか見えないうちは、118個はただの重荷です。縦と横の意味がわかると、この表は読めるものに変わります。

一覧の読み方

表は左から、番号、記号、名前、周期、族、分類の順です。番号は原子番号で、その原子が持つ陽子の数を表します。水素は1個、炭素は6個、金は79個です。番号は飛ばずに118まで続くので、元素につけられた背番号だと考えてください。記号はアルファベット1文字か2文字で、2文字のときは1文字目だけを大文字で書きます。塩素を CL と書くと、それだけで誤りになります。名前の読みは、漢字だけで書く15元素につけました。

周期は横の段、族は縦の列です。図1のように、周期表の枠は横に7段、縦に18列あり、どの元素も「第何周期の何族」という住所を1つだけ持ちます。図1の赤い枠が第3周期、緑の枠が17族で、交わるマスが塩素 Cl です。同じ赤い枠の左端にいるナトリウム Na は、第3周期の1族と読みます。同じ段の元素は電子の入っている殻の数がそろい、同じ列の典型元素は一番外側の電子の数がそろいます。18族のヘリウムだけはこの例外で、理由は後で扱います。性質が似るのは、横の隣よりも縦の仲間です。

段の長さは上から2、8、8、18、18、32、32で、足すと118になります。第1周期に2個しかないので、水素とヘリウムの間に大きな隙間が空きます。第6周期と第7周期は32個ずつあって横に入りきらないため、57〜71番のランタノイド15個と、89〜103番のアクチノイド15個を枠の下に取り出して描きます。一覧で族の欄が「3」のまま動かない15行のかたまりが2つあるのは、そのためです。

分類の欄の前半は、典型元素か遷移元素かを示します。1族、2族、13〜18族が典型元素で50個あり、族の番号と一番外側の電子の数の関係がはっきり見えます。3〜11族が遷移元素で64個あり、横の隣どうしも性質が似ています。12族の亜鉛、カドミウム、水銀、コペルニシウムの4個は、遷移元素に入れる説明と典型元素に入れる説明の両方があるので、一覧では「12族」と分けました。授業で使っている教科書の扱いに合わせてください。

分類の欄の後半は、金属か非金属かです。非金属は周期表の右上に固まり、水素だけが左上に離れています。ホウ素 B、ケイ素 Si、ヒ素 As、テルル Te、アスタチン At と斜めに下りる線が、境目の目安です。線の近くの B、Si、Ge、As、Sb、Te の6個は金属と非金属の中間の性質を持ち、半金属と呼ばれることがあるので「境目」と書きました。ポロニウムとアスタチンも表によって色分けが違うことがあり、諸説あります。104〜118番は人工的にごくわずかだけ作られた元素で、性質が十分にわかっていないため「未確定」としました。この一覧の分け方では、非金属18個、境目6個、未確定15個、残りの79個が金属です。

典型か遷移かと、金属か非金属かは別の物差しです。典型元素にはナトリウムのような金属も塩素のような非金属もあり、遷移元素は性質が確かめられているものがすべて金属です。一覧の下のほうにある113番のニホニウム Nh は、日本の研究グループが合成し、日本にちなんで名づけられた元素です。

覚え方

118個を番号順に頭から覚えようとすると、途中で必ず止まります。番号順をやめて、次の3段階に分けてください。段階2の範囲は学校によって差がありますが、高校の反応や実験でよく顔を出す元素を集めました。

段階1は、よく使われる語呂に任せます。「水兵リーベ僕の船、七曲がりシップスクラークか」です。後半を「名前があるシップスクラークか」とする言い方もあり、どちらでもかまいません。下の表のように、語呂の切れ目を周期の切れ目に合わせて区切ると、順番だけでなく段の長さまで一緒に覚えられます。

「の」の1音で窒素と酸素の2つを読むところだけが引っかかりどころです。語呂に入っているのは順番だけで、「ふね」の「ね」がネオンだと言えないなら、唱えられても得点にはなりません。唱えたら必ず、紙に記号を書いてください。

次は縦の仲間です。番号順に覚えた20個を図2のように8列に並べ直すと、1族、2族、17族、18族の列が浮かび上がります。この4列には呼び名がついていて、テストでも呼び名で問われるので、一番下まで続けて覚えます。頭の音を並べるだけで、口が勝手に動くようになります。

2族は、ベリリウムとマグネシウムを除いてアルカリ土類金属と呼ぶ説明もあります。18族は貴ガスと書く教科書もあり、指しているものは同じです。17族と18族の列の一番下には117番のテネシンと118番のオガネソンがありますが、性質が未確定なので、この4列の暗記からは外しました。

18族の番号は、そのまま住所を出す物差しになります。ヘリウム2、ネオン10、アルゴン18、クリプトン36、キセノン54、ラドン86、オガネソン118で、それぞれの周期の右端です。53番なら54の1つ手前なので、第5周期の17族で、ヨウ素です。55番なら54の1つ先なので、第6周期の1族で、セシウムです。基準の1つ手前は17族（1番の水素だけは例外です）、1つ先は1族、2つ先は2族と決まっているので、この周辺の元素は計算だけで位置が出ます。

最後に、白紙の枠で確かめます。手順は次の4つです。

1. 紙に8列4段の枠を書き、語呂を唱えながら20個の記号を入れます。図2と同じ形になれば成功です。
2. 列の上に1、2、13、14、15、16、17、18と族の番号を振ります。13へ跳ぶところを必ず書いてください。
3. 答え合わせをして、間違えたマスだけを赤で囲みます。
4. 次の日、3日後、1週間後に、同じ手順を白紙から繰り返します。

読み返しているときは、覚えたつもりになりやすいものです。白紙はごまかせません。赤いマスが0になったら18列7段の枠に広げ、ホウ素とアスタチンを結ぶ斜めの線を引いて、非金属の側を塗ります。お子さまの確認を手伝うご家庭なら、番号を言って記号を答えてもらうだけで足ります。順番どおりでなく飛ばして聞くと、語呂の頭から唱え直しているかどうかがすぐ見えます。

テストでの出方

定期テストで多いのは、番号から位置を答える問題と、枠の空欄に記号を入れる問題です。入試に近づくほど、位置から性質を読み取る問題に変わります。自作の例題を3問置きます。答えを隠して、手を動かしてから読んでください。

例題1

原子番号15の元素の名前と記号、周期、族を答えなさい。

答え：リン P、第3周期、15族です。ネオンが10番、アルゴンが18番なので、11〜18番が第3周期です。15番はその左から5番目にあたります。第2周期と第3周期は、左から3番目で族の番号が13へ跳ぶので、左から5番目は15族です。3番目から先は、左から数えた数に10を足すと族の番号になる、と覚えておくと手が止まりません。

例題2

次の元素のうち、典型元素で金属のものをすべて選びなさい。Al、Fe、Cl、Ca、Cu

答え：Al と Ca です。アルミニウムは13族、カルシウムは2族の金属です。鉄（8族）と銅（11族）は金属ですが遷移元素で、塩素は17族の非金属です。「金属なら遷移元素」と短絡すると、Al と Ca を落とします。2つの物差しを1つずつ当てる問題で、横着するとここで点を失います。

例題3

第3周期の1族の元素を X、第3周期の17族の元素を Y とします。(1) X と Y の元素記号、(2) X と Y からできる化合物の化学式、(3) 原子半径が大きいほう、(4) 陽イオンになりやすいほう、をそれぞれ答えなさい。

答え：(1) X は Na、Y は Cl。(2) NaCl。(3) Na。(4) Na。同じ周期では、右へ進むほど陽子が増えて電子を強く引くので、原子は小さくなります。1族は一番外側の電子1個を手放して Na⁺ になり、17族は1個受け取って Cl⁻ になり、この2つが1対1で結びつきます。希ガスを除けば、左下ほど陽イオンに、右上ほど陰イオンになりやすいと読めます。位置が言えれば、暗記していない性質まで答えが出てしまうのが、この種の問題です。

まちがえやすいところ

周期と族を逆に言う

横が周期、縦が族です。「族」は家族の族なので、上下に並ぶ性質の似た仲間と結びつけてください。周期は、右端で行き止まって次の段の左端へ戻ることを繰り返します。ナトリウムを「第1周期の3族」と書く誤りは、知識が足りないのではなく、言葉と向きがつながっていないだけです。図1の赤い枠と緑の枠を指でなぞりながら声に出すと、数回で直ります。

水素をアルカリ金属に入れ、ヘリウムを2族に入れる

図3のように、水素 H の電子は1個で、1族の一番上にいます。しかし水素は非金属の気体で、アルカリ金属には入りません。「1族はアルカリ金属」と丸めて覚えると、ここで落とします。

ヘリウム He とベリリウム Be は、どちらも一番外側の電子が2個です。そこで He を2族に置きたくなりますが、図3のとおり He の2個は K 殻を満席にしていて、他の原子と結びつこうとしません。だから価電子は0と数え、18族に入れます。Be の2個は L 殻にいて空席を残し、結合に使われるので、価電子は2です。電子の数が同じでも、満席かどうかで置き場所が変わります。

周期表を重さの順だと思う

周期表は原子番号の順で、重さの順ではありません。18番のアルゴン Ar は原子量が約40、19番のカリウム K は約39で、ここで軽いほうが後に来ます。コバルト Co とニッケル Ni、テルル Te とヨウ素 I でも同じ逆転が起きています。元素を並べる試みは重さの順から始まりましたが、今の周期表を決めているのは陽子の数です。原子量は中性子の数まで含めた平均の重さなので、番号の順とずれることがあります。

確かめの問題

一覧を閉じて、紙に書いて答えてください。

1. 第2周期の15族の元素の名前と記号を答えなさい。
2. 1族の元素のうち、アルカリ金属に入らないものの名前を答えなさい。
3. 原子番号35の元素の名前と記号、周期、族を答えなさい。
4. ランタノイドは何番から何番までで、全部で何個ありますか。
5. 第1周期から第7周期までの元素の数を順に書き、合計を答えなさい。

答え

1. 窒素 N です。第2周期は左から Li、Be、B、C、N と進み、3番目の B から13族が始まるので、5番目の N が15族です。
2. 水素です。1族の一番上にありますが、非金属です。
3. 臭素 Br、第4周期、17族です。クリプトンの36番の1つ手前と考えると速く出ます。
4. 57番から71番までで、15個です。
5. 2、8、8、18、18、32、32で、合計は118個です。

次に覚える一覧

元素記号の一覧は、この表の記号の欄を中学で出る範囲に絞り、Na や Fe のように名前と合わない記号の理由まで扱います。イオン化傾向の一覧では、左の族にいる金属が水や酸とどう反応するかを順番に確かめます。原子量の一覧は、この表の番号の次に必要になる数字で、重さの概数から物質量の計算へつながります。個別指導で周期表につまずいた高校生には、第3周期までの18元素の電子配置を白紙に書けるかまで戻って確かめます。書けなかったところが、族の意味が抜けている場所です。

まとめ

化学室の表は、暗記の課題として貼られているのではありません。テストの最中に思い出せない元素があっても、住所を知っていれば隣のマスから歩いて探しに行けます。水素が左上で離れている理由を人に説明できたなら、もう表に追われる側にはいません。縦と横を言えるようになった日に、壁の118個は模様であることをやめます。