医療工学科の化学講義(4)元素と周期表

地球上には約80種類の元素があります．それらの元素を整理して理解するときに役立つのが周期表です．周期表は単に元素を並べただけのものではありません．前回学んだ「エネルギー」の視点で眺めてみると，元素の世界が新しい視点から見えてくるのです．

講義内容

• 原子にエネルギーを与えると，エネルギーを与えられた原子はエネルギー保存則に従って何かの仕事をする．一つの例は，電子を外側の電子殻に移動させるという仕事．外部からエネルギーを与えられて電子が外側の電子殻に移動した状態の原子は，励起状態の原子と呼ばれる．励起状態に至る前の状態は基底状態．
• 励起状態の原子はエネルギーを放出して基底状態に戻ろうとする．具体的には，光を放つ仕事をすることによってエネルギーを放出する．この原理を応用したのが化学分析の「炎色反応」．電子殻から電子殻への移動っていうのは元素ごとに異なっているので，そのエネルギー差が元素固有のものになる．エネルギー差があるっていうことは，イロイロな色があるっていうこと．これを応用したのが打ち上げ花火．
• さらに強いエネルギーを与えて，原子から電子を取り除いてやると，陽イオン(カチオン)が生じる．原子から電子1個を取り除くために必要なエネルギーがイオン化エネルギー．
• 逆に，原子に電子を1個与えてやると，陰イオン(アニオン)が生じる．原子に電子を与えた際に原子が放出するエネルギーが電子親和力．「力」ってなってるけど「エネルギー」．
• 原子番号順に元素を並べると，価電子数，イオン化エネルギー，電子親和力，原子半径，などに周期性が表れる．これが周期律．
• 周期律がわかるように元素を配置したものが周期表→ 一家に枚周期表第6版のダウンロード

キーワード

アルカリ金属元素，アルカリ土類金属元素，イオン，イオン化エネルギー，陰イオン，炎色反応，貴ガス，基底状態，金属，原子半径，周期，周期表，周期律，遷移金属，族，典型元素，電子親和力，ハロゲン，半金属，非金属，陽イオン，励起状態

該当する教科書のページ

第3章，27ページから36ページ．

はじめて学ぶ化学

取り扱い注意：アルカリ金属元素

水と激しく反応します．

取り扱い注意：ハロゲン元素

どこまで覚えるか

原子番号1番から18番までと，1族，2族，17族，18族を覚えておくのがおすすめ．

コメント紹介

●わかりやすい授業で有意義な時間を過ごせました．●いつもどおりわかりやすい授業でした．●今日の授業もとても面白かったです．あと，実験の時は失敗して大変なことにならないように気を付けたいと思いました．●やっと化学らしくなってきたと感じています．周期表をカラーで配ってくれてありがとうございます! こういうのめっちゃ大好きです．●周期表をながめるのめっちゃ好きです笑 あと，先生，100年前は去年から大正時代なんですよ．明治じゃないんです．●今日もらった周期表 見てるだけで面白いです．トイレの壁に貼っておきます．●カラフルな周期表うれしかったです．絵もいいです．●カラーコピーしてくれるなんて太っ腹だなと思いました．●周期表楽しい●周期表はある程度覚えているので重要元素の日常生活での使われ方について詳しく知りたいと思った．●高校で習ったところだけどいい復習になった．●忘れかけていたことを復習できたのでよかった．●高校でやっていた内容だったので楽しかった．●予習をしっかりしたいと思いました．●炎色反応のしくみがわかって面白かったです．●炎色反応のくわしい説明をきいたのは初めてで，高校生のときからのもやもやがすっきりしました! 花火大会とか見るときに「うわ電子動いてる〜」とか考えそうでたのしいです! ●炎色反応やりたい! 花火! 色が変わるしくみが面白かったです! ●Na+，F-，Neだったら電子配置は同じなんですか?●水素は何にも属さないんですか?(ハロゲンとか貴ガスみたいな)●元素の存在比は地球上では水素はほとんどないのか．宇宙で考えると71 %になり，宇宙の広さを知りました．●電子親和力がエネルギーだとは驚きでした．化学につまずく人(自分みたいな)というのはこのようなちょっとしたところから混乱して行くのだと思います．●単位計算のテストじゃなくてよかったです．教科書の絵がすごいかわいくて好きです．●中学の先生がけっこう厳しくて，周期表をおそわって次の日テストで下ネタばんばんの覚え方を家でめっちゃ言ってたのおもいだしました．なつかしいです笑●先生オモロー●楽しかった●単位換算がだいぶできるようになってうれしかった．●化学は私たちの生活に多く役だっているが，最後の動画をみて少し恐怖を感じた．●「貴ガス」は「希ガス」でもいいんですか?●高校では希ガスを使っていたので，貴ガスという言い方をすることに驚きました．●貴ガスが希ガスだということは始めて知りました．本当に危ないんですね．貴ガスそのものになるべく出会わないように気を付けます．●元素の周期表をしっかり覚えたい．●家に帰ったらじっくり復習します．●ハロゲンの物質をすべて混ぜたものにアルミニウムを加えて熱するとどうなりますか?●元素の1/3くらいは覚えなきゃなんですね・・・まぁがんばります．●最近，睡魔に襲われがちです．何か摂取すべきでしょうか?●福山まさはる，かっこいいですよね．●ナトリウムの反応がすごかった●最後のアルカリ金属とかハロゲンの反応をみて，自分でやってみたいと思った．周期表の最後の方の元素が「〜に作られた」となっていますが，新しい元素はどうやって生成しているのか気になります．●死の川に行ってみたいと思った．●金属と水，ハロゲンの化学反応の実験の映像をみて，実験やりたくなりました．●アルカリ金属とハロゲン怖いです．●今日のハロゲンの実験動画はとても迫力があって印象に残った．●アルカリ金属が水と反応する映像はとても興味深かった．ストレスがたまっているときにやったらすっきりしそう．●ハロゲンの反応めっちゃすごいです．●実際に反応している動画を見ると，反応がはげしくてびっくりした．●実験映像があると頭にインプットされやすくってすごくいいです!●化学反応性の高いものはあれほどまで激しく爆発するのか! 今日も楽しい授業ありがとうございました．●最後の実験はなんか危険そうでおもしろかった．●今日も少しだけ寝てしまいました．これからはただ単に元素を覚えるのではなく，どのように活用するかをしっかり学びたいと思います．●要習でうまい具合に予習できているのでついていけています．●先生の7が気になっていたら，今朝のzipで外国人が17と書いてきました．何か理由があるのでしょうか?●前半にやったエネルギー放出はX線やγ線に関係してますか?

確認問題

予習して今回の講義を聞いていれば簡単な確認問題．

• 確認問題(PDF)

出席者数推移

(1)89→(2)88→(3)88→(4)86

次回予告と予習

「原子と原子のつながり その1」を学びます．教科書の第4章「原子と原子のつながり」を読み，例題を解いておくこと．

これまでの講義録

• 医療工学科の化学講義(1)ガイダンス＋序論(2013-04-10)
• 医療工学科の化学講義(2)原子〜この世界をかたちづくっている材料〜(2013-04-17)
• 医療工学科の化学講義(3)化学とエネルギー(2013-04-24)

参考書籍

元素生活 Wonderful Life With The ELEMENTS

元素周期 萌えて覚える化学の基本

このブログを書いている人

• 私はこういう人：主に2013年入学予定のみなさまへの自己紹介