対角線関係

化学において、周期表の第2周期と第3周期（最初の20元素）において、対角線上に位置する特定の元素のペア間には、対角線関係が存在すると言われています。これらのペア（リチウム（Li）とマグネシウム（Mg）、ベリリウム（Be）とアルミニウム（Al）、ホウ素（B）とケイ素（Si）など）は類似した性質を示します。例えば、ホウ素とケイ素はどちらも半導体であり、水中で加水分解されるハロゲン化物を形成し、酸性酸化物を持ちます。

炭素-リンおよび窒素-硫黄についても対角線上の類似性が示唆されており、Li-MgおよびBe-Alの関係を遷移元素（スカンジウムなど）まで拡張することも提案されている。^{[ 1 ]}

周期表上の元素を水平方向の行と垂直方向の列に配置することで、特定の関係性がより明確になります（周期律）。周期表を右方向および下方向に移動すると、孤立した原子の原子半径に逆の影響が生じます。周期を右方向に移動すると原子の原子半径は減少し、族を下方向に移動すると原子半径は増加します。^{[ 2 ]}

同様に、周期表で右方向に移動すると、元素の塩基性は次第に低下し、電気陰性度は高くなりますが、族を下方向に移動すると、元素の塩基性は高まり、電気陰性度は低くなります。このように、周期表を下方向に移動したり、族を1つだけ横切ったりすると、変化が互いに「打ち消し合い」、化学的性質が似ている元素がよく見られます。対角線上の元素の原子半径、電気陰性度、化合物の性質などが似ているのです。対角線上の関係は、リチウムとマグネシウム、ベリリウムとアルミニウム、ホウ素とケイ素など、第2周期と第3周期の特定の元素の組み合わせに見られます。

対角関係が存在する理由は完全には解明されていませんが、電荷密度が要因の一つです。例えば、Li ⁺は +1 の電荷を持つ小さな陽イオンであり、Mg ²⁺は +2 の電荷を持つやや大きな陽イオンであるため、両イオンのイオン電位はほぼ同じです。リチウムの電荷密度は、他のアルカリ金属の電荷密度よりもマグネシウムの電荷密度に非常に近いことが調査によって明らかになりました。^{[ 3 ]} Li–Mg ペア（室温・常圧下）を用いて、

1. 標準条件下で酸素と結合すると、LiとMgは通常の酸化物のみを形成するが、Naは過酸化物を形成し、Naより小さい金属はさらに超酸化物を形成する。
2. _Liは安定な窒化物Li3Nを形成する唯一の第1族元素である。^{[ 4 ]} Mgや他の第2族元素も窒化物を形成する。^{[ 4 ]}
3. 炭酸リチウム、リン酸リチウム、フッ化リチウムは水にわずかに溶ける。対応する第2族元素の塩は水に溶けない。（格子エネルギーと溶媒和エネルギーについて考えてみよう。）
4. LiとMgはどちらも共有結合性の有機金属化合物を形成する。LiMeとMgMe2 _（グリニャール試薬参照）はどちらも貴重な合成試薬である。他の第1族および第2族の類似体はイオン性で非常に反応性が高い（そのため取り扱いが難しい）。^{[ 5 ]}
5. リチウムとマグネシウムの塩化物はどちらも潮解性（周囲の水分を吸収する性質）があり、アルコールとピリジンに溶解します。塩化リチウムは、塩化マグネシウム（MgCl₂_・6H₂O _{）と同様に、水和結晶LiCl・2H₂O}から分離します。
6. 炭酸リチウムと炭酸マグネシウムはどちらも不安定で、加熱すると対応する酸化物と二酸化炭素を生成する可能性がある。