ブロック（周期表）

周期表のブロックは、原子軌道によって統一された元素の集合であり、その価電子または空孔が存在する。^{[1]この用語は、}チャールズ・ジャネットによって初めて使用されたと思われる。^[2]各ブロックは、その特徴的な軌道にちなんで、sブロック、pブロック、dブロック、fブロック、gブロックと名付けられている。

ブロック名 (s、p、d、f) は、電子の方位量子数の値を表す分光学的表記法に由来しています。鋭角 (0)、主 (1)、拡散 (2)、基本 (3) です。後続の表記法は g、h などとアルファベット順に進みますが、このようなブロックに属する要素はまだ見つかっていません。

電子配置に基づくこのブロックの命名法と、化学的性質に基づく元素のセットとの間には、おおよその対応関係があります。 s ブロックと p ブロックは、通常、一緒になって主族元素と見なされ、 dブロックは遷移金属に対応し、 f ブロックは内部遷移金属に対応し、ほぼすべてのランタノイド(ランタン、プラセオジム、ジスプロシウムなど) とアクチノイド(アクチニウム、ウラン、アインシュタインなど) を包含します。

第12 族元素の亜鉛、カドミウム、水銀は、化学的にも物理的にも他の d ブロック元素よりも p ブロック元素に類似しているため、遷移族ではなく主族と見なされることがあります。第 3 族元素は、s ブロック元素に類似しているため、主族元素と見なされることがあります。ただし、主族と見なされる場合でも、これらは d ブロック元素のままです。

f ブロック (グループ 2 と 3 の間) 内のグループ (列) には番号が付けられていません。

ヘリウムはs ブロック元素であり、その外殻（そして唯一の電子）は 1s原子軌道にありますが、その完全な殻のため、その化学的性質は 18 族の p ブロック希ガスに似ています。

s ブロックは、s が「鋭い」、方位量子数が0 を表し、通常の周期表の左側にあり、最初の 2 列の元素と、右端の列の 1 つの元素、非金属の水素とヘリウム、アルカリ金属(グループ 1) とアルカリ土類金属(グループ 2) で構成されています。それらの一般的な原子価構成はn s ^1–2です。ヘリウムは s 元素ですが、ほとんどの場合、グループ 18の右端、p 元素のネオンの上にあります。表の各行には2 つの s 元素があります。

S ブロック (第 2 周期以降) の金属は、ほとんどが柔らかく、一般的に融点と沸点が低いです。ほとんどが炎に色を与えます。

化学的には、ヘリウムを除くすべての s 元素は反応性が非常に高いです。s ブロックの金属は電気陽性度が高く、非金属、特に電気陰性度の高いハロゲン非金属と本質的にイオン性の化合物を形成することがよくあります。

p ブロックは、p が「主」を表し、方位量子数が1 である標準周期表の右側にあり、第 13 族から第 18 族の元素を包含します。それらの一般的な電子配置はn s ² n p ^1–6です。ヘリウムは第 18 族の最初の元素ですが、p ブロックには含まれていません。表の各行には、最初の行(1 つもありません) を除いて、6 つの p 元素を配置できます。

このブロックは、金属、非金属、半金属の3 種類の元素すべてを含む唯一のブロックです。p ブロック元素は、グループごとに次のように説明できます。グループ 13 (イコサゲン) 、グループ 14 (クリスタロゲン) 、グループ15 (プニクトゲン)、グループ 16 (カルコゲン)、グループ 17 (ハロゲン)、およびグループ 18 (ヘリウム グループ、ヘリウムを除く希ガスとオガネソンから構成)。あるいは、p ブロックには、遷移後金属、半金属、ハロゲンなどの反応性非金属、および希ガス(ヘリウムを除く)が含まれているとも説明できます。

p ブロック元素は、価電子 (最も外側の電子) が p 軌道にあるという点で統一されています。p 軌道は、中心点から等間隔の角度で伸びる 6 つの葉状形状で構成されています。p 軌道は最大 6 つの電子を保持できるため、p ブロックには 6 つの列があります。p ブロックの最初の列である列 13 の元素には、1 つの p 軌道電子があります。p ブロックの 2 番目の列である列 14 の元素には、2 つの p 軌道電子があります。この傾向は、6 つの p 軌道電子がある列 18 まで続きます。

このブロックは最初の行ではオクテット則の拠点ですが、後続の行の元素はしばしば超原子価を示します。p ブロック元素は、通常 2 の倍数だけ異なる可変の酸化状態を示します。グループ内の元素の反応性は、一般的に下に行くほど低下します。(ヘリウムは、ネオンよりも反応性が高いため、グループ 18 ではこの傾向を破りますが、ヘリウムは実際には s ブロック元素であるため、傾向の p ブロック部分はそのまま残ります。)

金属と非金属の結合は、電気陰性度の差によって決まる。電気陰性度の差が十分に大きい場合（例：Li ₃ N、NaCl、PbO）、イオン性が可能になる。比較的高い酸化状態の金属は共有結合構造を形成する傾向があり（例：WF ₆、OsO ₄、TiCl ₄、AlCl ₃）、より貴な金属は低い酸化状態であっても共有結合構造を形成する傾向がある（例： AuCl、HgCl ₂ ）。また、 RuO ₂、ReO ₃、IrO ₂のように、電気（金属）伝導性を示す金属酸化物もいくつかある。^{[4]半金属は金属と共有結合化合物または合金を形成する傾向があるが、その場合でも、最も電気陽性の金属（例：} Mg ₂ Si ）ではイオン性が可能になる。

d ブロックは、d が「拡散」、方位量子数が 2 を表し、周期表の中央にあり、第 3 族から第 12 族までの元素を含み、第4 周期から始まります。第 4 周期以降には、10 個の d ブロック元素のためのスペースがあります。これらの元素のほとんどまたはすべては、第 1 族および第 2 族の強い電気陽性金属と第 13 族から第 16 族の弱い電気陽性金属の間の遷移領域を占めるため、遷移金属としても知られています。第 3 族または第 12 族は、依然として d ブロック金属としてカウントされますが、複数の酸化状態や有色の化合物など、遷移金属に特徴的な化学的性質をあまり示さないため、遷移金属としてカウントされない場合があります。

d ブロック元素はすべて金属で、ほとんどが化学的に活性な d 軌道電子を 1 つ以上持っています。異なる d 軌道電子のエネルギーの差は比較的小さいため、化学結合に関与する電子の数は異なります。d ブロック元素は、1 の倍数で異なる 2 つ以上の酸化状態を示す傾向があります。最も一般的な酸化状態は +2 と +3 です。クロム、鉄、モリブデン、ルテニウム、タングステン、およびオスミウムは、形式上の酸化数が -4 まで低くなることがあります。イリジウムは、標準からかけ離れた条件下ではありますが、 +9の酸化状態を達成できるという特異な特徴を持っています。

d 軌道 (4 つは四つ葉のクローバーの形をしており、5 つ目は周囲にリングが付いたダンベルの形をしています) には、最大 5 対の電子を含めることができます。

f ブロック (f は「基本」を表し、方位量子数は 3) は、標準の 18 列の表では脚注として表示されますが、32 列の全幅表では中央左、グループ 2 と 3 の間にあります。6 周期目以降には、14 個の f ブロック元素を配置できます。これらの元素は、通常、どのグループにも属さないものとみなされます。これらは、6 行目と7 行目 (周期)の s ブロックと d ブロック間の遷移を提供するため、内部遷移金属と呼ばれることもあります。これは、d ブロック遷移金属が4 行目と 5 行目の s ブロックと p ブロック間の遷移ブリッジを提供するの と同じです。

fブロック元素には2つの系列がある。第6周期のランタンからイッテルビウムまでと第7周期のアクチニウムからノー​​ベリウムまでである。いずれも金属である。f軌道電子は第6周期のfブロック元素の化学反応にはあまり関与していないが、ある程度は寄与している。 ^[5]これらは互いによく似ている。第7周期のfブロック元素の初期では、5f、7s、6d殻のエネルギーが非常に似ているため、より活発である。その結果、これらの元素は遷移金属類似体と同程度の化学的変動性を示す傾向がある。キュリウム以降の第7周期のfブロック元素は、第6周期の元素に似た挙動を示す。

f ブロック元素は、主に内側の f 軌道に 1 つ以上の電子を持つことによって統一されています。f 軌道のうち 6 つはそれぞれ 6 つのローブを持ち、7 番目は 2 つのリングを持つドーナツが付いたダンベルのように見えます。最大 7 対の電子を含むことができるため、このブロックは周期表の 14 列を占めます。2 つの元素の「グループ」では垂直な周期的傾向を識別できないため、グループ番号は割り当てられません。

f ブロック元素の 14 員列 2 つは、電子配置よりも化学的性質に基づいた元素群の名前であるランタノイドおよびアクチノイドと混同されることがあります。これらの群には 14 個ではなく 15 個の元素があり、それぞれ周期表で d ブロックの最初のメンバーであるルテチウムとローレンシウムまで広がります。

多くの周期表では、f ブロックが 1 元素右にシフトしているため、ランタンとアクチニウムは d ブロック元素になり、Ce–Lu と Th–Lr が f ブロックを形成して d ブロックを 2 つの非常に不均等な部分に引き裂きます。これは、4f 殻がルテチウムでのみ満たされると考えられていた初期の電子配置の誤った測定の名残です。^[6]実際にはイッテルビウムが 4f 殻を完成させ、これに基づいてレフ・ランダウとエフゲニー・リフシッツは1948 年にルテチウムを f ブロック元素と見なすことはできないと考えました。^[7]それ以来、物理的、化学的、電子的証拠は、f ブロックに La–Yb と Ac–No の元素が含まれていることを圧倒的に支持しています。^{[6] [8]}ここで示されているように、また1988 年^[8]と 2021 年の国際純正応用化学連合の報告書によって裏付けられています。 ^[9]

方位量子数4のgブロックは、元素番号121の付近から始まると予測されている。g軌道は元素番号124～126付近まで基底状態で充填され始めないと予想されるが（拡張周期表を参照）、 4f軌道や5f軌道の状況と同様に 、元素番号121で化学的に関与し始めるのにエネルギー的にすでに十分低い可能性が高い^{[10] 。}

前の列の傾向が続くと、gブロックには18個の要素があることになります。しかし、計算では、8番目の周期で周期性が非常にぼやけ、個々のブロックを区別するのが難しくなると予測されています。8番目の周期は、前の列の傾向に完全には従わない可能性があります。^[11]

• 電子殻サブシェル

四面体の元素周期表。従来の表から四面体への移行を示すアニメーション。