化 学 (物質の構造)

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 【金属元素と周期表】

 周期表の第 1 族は,s 軌道に不対電子を 1 個持つ,第 3 族から第 11 族の遷移元素は d 軌道に不対電子を持つ。
 これらの元素(水素を除く)で等核の巨大分子を形成した場合に,【エネルギーバンド】の模式図に示したように,エネルギーギャップのほとんどない価電子帯と伝導帯を有し,価電子帯の電子が容易に空の伝導帯に昇位し自由電子になれる。
 なお,水素も超高圧下では凝集し,金属の特性を示すといわれている。
 
 第 2 族第 12 族は,s 軌道が電子対で満たされており,このままでは共有結合も金属結合も生じない。しかし,s 軌道の電子が p 軌道に昇位することができると,sp 混成軌道を形成し,2 個の不対電子を持つことができる。
 sp 混成軌道は二方向性の結合となるので,結晶は六方最密充填構造をとり易い。実際に,ベリリウム( Be ),マグネシウム( Mg ),亜鉛( Zn )の金属結晶は六方最密充填構造である。
 また,第 2 族 4 周期( Ca )より原子番号の大きい元素(アルカリ土類金属)では,空の d 軌道を加えた混成軌道を形成できる。
 
 第 13 族から第 17 族の典型元素は, p 軌道に不対電子を持つが,原子番号の小さい元素の等核原子分子では共有電子対による共有結合性が高く金属結合性は低い。原子番号が大きくなると,結合に関わる電子の数が増え,同じ族でありながら非金属性,半金属性,金属性と変化する。

原子の電子配置

原子の電子配置

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