小分子の周期系

分子の周期表は、元素の周期表に似た分子の図表である。このような図表の作成は20世紀初頭に始まり、現在も継続されている。

周期表で表される周期律は、少なくとも小さな分子の挙動にも反映されていると一般的に考えられています。例えば、三原子分子のいずれかの原子を希ガス原子に置き換えると、分子の性質が劇的に変化します。分子に現れるこの周期律を明示的に表現することで、いくつかの目的を達成できます。(1) 数個の原子からなる小さな分子から始めて、存在する膨大な数の分子を分類する体系を作成し、教育補助やデータアーカイブのツールとして使用すること、(2) 分類体系に基づいて分子の性質に関するデータを予測すること、(3) 周期表や素粒子の周期体系とのある種の統一性を得ること。^{[ 1 ]}

分子の周期系（またはチャートや表）は、2 つのレビューの対象となっている。^{[ 2 ] [ 3 ]}二原子分子の系には、(1) HDW Clark の系^{[ 4 ] [ 5 ]}と (2) F.-A. Kong の系^{[ 6 ] [ 7 ]}があり、これらは原子チャートにいくらか似ている。R. Hefferlinらの系^{[ 8 ] [ 9 ]}は、(3) 3 次元から (4) 4 次元の元素チャートとそれ自身のクロネッカー積から発展したものである。

まったく異なる種類の周期系は、(5) GV Zhuvikin ^{[ 11 ] [ 12 ]}のもので、これは群力学に基づいています。これらのケースのうち最初のものを除いて、他の研究者が貴重な貢献をしており、そのうちのいくつかは共著者です。これらのシステムのアーキテクチャは、Kong ^{[ 7 ]}と Hefferlin ^{[ 13 ]}によってイオン化種を含めるように調整され、Kong ^{[ 7 ]} 、 Hefferlin ^{[ 9 ]} 、 Zhuvikin と Hefferlin ^{[ 12 ]}によって三原子分子の空間に拡張されました。これらのアーキテクチャは、元素のチャートと数学的に関連しています。これらは最初に「物理的」周期系と呼ばれました。^{[ 2 ]}

他の研究者たちは、アルカン（モロゾフ）^{[ 14 ]} 、ベンゼノイド（ディアス）^{[ 15 ] [ 16 ]} 、フッ素、酸素、窒素、硫黄を含む官能基（ハース） [17][18]、またはコア電荷、殻の数、酸化還元電位、酸塩基傾向の組み合わせ（ゴルスキー^{）[ 19 ] [ 20 ]など、特定の種類の分子を扱う構造の構築に焦点を}当ててきました。これらの構造は、特定の数の原子を持つ分子に限定されず、元素チャートとはほとんど似ていません。これらは「化学」システムと呼ばれます。化学システムは元素チャートから始まるのではなく、たとえば、式列挙（ディアス）、グリムの水素化物置換法則（ハース）、還元電位曲線（ジェンツ）^{[ 21 ]} 、一連の分子記述子（ゴルスキー）などの戦略から始まります。

EV Babaev ^{[ 22 ]}は、原理的には Dias、Gorski、Jenz のシステムを除く上記のすべてのシステムを含む超周期システムを構築しました。

元素の周期表は、小さな椅子のように、3つの脚で支えられています。(a)ボーア・ゾンマーフェルトの「太陽系」原子モデル（電子スピンとマデルングの原理を含む）は、周期表の各行の末尾にある魔法数元素を提供し、各行の元素の数を示します。(b)シュレーディンガー方程式の解は、同じ情報を提供します。(c) 実験、太陽系モデル、およびシュレーディンガー方程式の解によって提供されるデータ。ボーア・ゾンマーフェルトモデルは無視すべきではありません。波動力学の出現以前に既に存在していた豊富な分光学的データの説明を与えたからです。

上記に挙げた分子系、および引用されていない分子系も、それぞれ次の3つの要素によって支えられています。(a) 物理的および化学的データをグラフまたは表形式で整理したもの（少なくとも物理的周期系については、元素チャートの外観を反映しています）、(b) 群力学、原子価結合、分子軌道、その他の基本理論、(c) 原子周期と族番号の合計（Kong）、クロネッカー積と高次元の利用（Hefferlin）、式の列挙（Dias）、水素置換原理（Haas）、縮小ポテンシャル曲線（Jenz）、および同様の戦略。

この分野への貢献を時系列順にまとめたリスト^{[ 3 ]}には、1862年、1907年、1929年、1935年、1936年の日付の約30の項目が含まれています。その後、しばらくの休止期間を経て、メンデレーエフが元素チャートを発表してから100周年となる1969年から、より高いレベルの活動が始まりました。分子の周期系に関する多くの出版物には、分子特性の予測が含まれていますが、世紀の変わり目から、周期系を使用してさまざまな数の分子についてより正確なデータを予測するという真剣な試みが行われてきました。これらの試みの中には、Kong ^{[ 7 ]}やHefferlin ^{[ 23 ] [ 24 ]によるものがあります。}

縮約座標系では、クロネッカー積系で要求される 6 つの独立変数の代わりに 3 つの独立変数があります。独立変数の削減は、気相基底状態の三原子分子の 3 つの特性を利用します。(1) 一般に、構成原子の価電子の総数に関係なく、等電子分子のデータは、価電子の数が多いまたは少ない隣接分子よりも類似する傾向があります。三原子分子の場合、電子数は原子族番号の合計です (元素の周期表のp ブロックの列番号 1 から 8 までの合計、C1+C2+C3)。(2) 炭素が中心原子である場合、他のパラメータが同じであれば、直線/折れ線三原子分子はわずかに安定しているようです。(3) 二原子分子のほとんどの物理的特性 (特に分光定数) は、2 つの原子周期 (または行) 番号R1 と R2 の積に対してほぼ単調です。三原子分子の場合、単調性は R1R2+R2R3 に関してほぼ一定です (二原子分子の場合は R1R2 に簡略化されます)。したがって、縮約座標系の座標 x、y、z は C1+C2+C3、C2、および R1R2+R2R3 です。表形式のデータを持つ分子の 4 つの特性値の多重回帰予測は、表形式のデータと非常によく一致しています (予測の誤差尺度は、ごく少数の例外を除いて、すべて表形式のデータを含みます)。^{[ 25 ]}

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