原子およびイオンのサイズにおける周期性と傾向
化学では、元素が化学反応でどのように相互作用するかを理解するために、周期表全体で原子およびイオンのサイズがどのように変化するかを理解することが重要です。周期表は元素間の傾向やパターンを明らかにする強力なツールであり、それらがどのように振る舞うかを予測するのに役立ちます。
原子およびイオンのサイズとは何か？
原子のサイズとは、原子のサイズを指し、これは最も外側の電子が原子核からの距離と考えることができます。あるいは、イオンのサイズとは、電子を失ったり得たりした原子であるイオンのサイズを指します。
原子 ➝ Na (ナトリウム)
イオン ➝ Na + (ナトリウムイオン)
Na は電子を失って Na + を形成するため、Na + のイオンサイズは Na の原子サイズとは異なります。
周期における原子サイズ
周期表では、横の列を周期と呼びます。周期内で左から右に移動すると原子のサイズは小さくなります。この傾向は、左から右に移動するにつれて原子に陽子と電子が加わるために起こります：
原子番号の順序 ➝ Li, Be, B, C, N, O, F
視覚例: Li と F の原子のサイズを比較しましょう。
これは、陽子の追加により原子核の正電荷が増加し、電子が原子核に近づいているため、原子サイズが小さくなるためです。
グループを1つ下がったときの原子サイズ
周期表では、縦の列をグループと呼びます。グループを下に移動するほど、原子のサイズは大きくなります。この増加は、新しいエネルギーレベルの電子が追加されるためです：
垂直順序：Li, Na, K, Rb, Cs
視覚例: Li と Cs の原子のサイズを比較しましょう。
グループを下がると、新しい電子殻が追加され、原子が大きくなります。
イオンサイズの傾向
イオンサイズを理解するには、イオンが形成される際に原子のサイズがどのように変化するかを調べる必要があります。一般的なルールは次のとおりです：
- 原子が電子を失って陽イオン（正に帯電したイオン）を形成すると、そのサイズは減少します。
- 原子が電子を受け取って陰イオン（負に帯電したイオン）になると、そのサイズは増加します。
陽イオン：Na ➝ Na + (小さい)
陰イオン：Cl ➝ Cl - (大きい)
陽イオン
陽イオンは、原子から電子が取り除かれると形成されます。電子を取り除くことで電子間の反発が減少し、残りの電子が原子核に近づくことができます。
陰イオン
陰イオンは原子が電子を得たときに形成されます。この得られた電子により電子間の反発が増加し、電子がより広がり、イオンが大きくなります。
主要な傾向の概要
- 周期内で左から右に移動すると、原子サイズが減少します。
- グループを下に移動するほど、原子のサイズが増加します。
- 陽イオンは電子を失うとサイズが減少します。
- 陰イオンは電子を得るとサイズが増加します。
これらの傾向は、元素の化学反応性や特性を予測するのに役立ちます。周期表内の原子およびイオンのサイズの変動を理解することで、学生は化学反応でなぜ元素がそのように振る舞うのかをより容易に理解できます。
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