元素周期表のランタニドとアクチニド

質問

高校の化学で原子の中の電子の閉殻とか外殻電子数とかいうことを教わりました。そしてこれらと元素周期表が密接に関連していることを教わりました。
しかし、3B 列にだけランタニドとアクチニドという所には他の部分が１元素だけの記載にも拘らず、沢山の元素が記載されています。
これはどうしてなのですか。

回答No.5

ohkawa3

回答(2)再出
深く知るにしたがって、疑問点が拡大している状況ですね。
周期律表が最初に提案された時代には、ランタノイドとかアクチノイドのような原子量の大きな元素は知られていませんでした。
最外殻の電子の数と元素の性格に深い関係があって、周期的に並べる表（周期律表）で整理できることが発見された訳です。
その当時は、「 第五周期には、18 種類 」の 18 は「 4d、5s、5p 」からどのような順で軌道が満たされるかといった知見はなかったはずです。
だんだんと複雑なことが分かるようになっても、周期律表の直感的理解の利便性は捨てがたいので、使い方の工夫をすることで、現在に至るまで利用されているのです。
ご質問者さんが高校生ならば、「 4d、5s、5p 」からどのような順で軌道が満たされるかといった疑問は、化学や物理の先生に質問しましょう。先生は教えることのプロですから、Q&Aサイトよりもご質問者さんに寄り添う対応をしてくれると思います。

お礼

丁寧な回答を感謝いたします。
その後、回答いただいた内容に基づいて 自分でも web サイトでの検索をしてみたところ、下記のようなサイトを見つけましたので、勉強してみます。https://www.molecularscience.jp/lecture/BasicInorg_06.pdf

回答No.4

baianbaian

＞外殻電子数

これは正しいご理解をされています。
周期表というのは「最外殻の電子数」で元素を並べています。

で、ランタノイドやアクチノイドが変なことになっているのは「最外殻電子数は同じだけど、その内側の電子数が変化しているから一緒くたになっている」んです。

元素の性質は最外殻電子でおおむね決まると習っていると思います。その通りでして、ランタノイドやアクチノイドは「区別・分離が難しい」です。一緒くたに出てきて、元素を分けるのが面倒です。
いっぽうで、内側の電子や原子核の性質は決定的に違うので（例：磁性・・・これは原子核の性質と電子で決まる）、似ているけど違う点もある、ということです。

お礼

『ランタノイドやアクチノイドが変なことになっているのは「最外殻電子数は同じだけど、その内側の電子数が変化しているから一緒くたになっている」んです。』 というご回答の部分が私の質問を簡潔に説明していますね。ありがとうございました。

回答No.3

ohkawa3

回答(2)再出

回答を読み返してみると「元素」と書くべきところを「原子」と間違えていました。失礼しました。

お礼

丁寧な回答に感謝します。

回答No.2

ohkawa3

見慣れた周期律表は、横方向に18コマ＝18種類の元素が並んでいるものと思います。
原子は、外側の殻ほど、収容できる電子の数が増えるので、1周期に対応する原子の種類が増えて、18コマでは入りきれなくなってしまったので、性質の似た原子をひとまとめにして、ランタノイドとかアクチノイドと名前をつけて、1コマを割り当てて、横方向に18コマの表に収めている状況ですね。

第一周期には、2種類（1s軌道）
第二周期には、8種類（2s、2p軌道）
第三周期には、8種類（3s、3p軌道）
第四周期には、18種類（3d、4s、4p軌道）
第五周期には、18種類（4d、5s、5p軌道）
第六周期には、32種類（4f、5s、5d、5d、6s軌道）
第七周期には、32種類（5f、6s、6p、6d、7s軌道）
・・・・・・・・

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AD%90%E9%85%8D%E7%BD%AE

お礼

回答をありがとうございます。参照リンクを読んでみたところ、ご回答の中で
第六周期は、32種類（4f、5s、5d、5d、6s軌道）
→ 32種類（ 4f、5d、6s、6p 軌道 ）

第七周期には、32種類（5f、6s、6p、6d、7s軌道）
→ 32種類 （ 5f、6s、7s、7p 軌道 ）

が正しいのではという疑問が出てきました。引き続き勉強してみます。

補足

回答ありがとうございます。一つ質問させてください。
回答の中に電子の「 軌道 」というものが説明されていて、
( 数字 ) + ( alphabetの小文字 )
の組合せで表現されています。この二文字から各軌道内に許容する電子の数を計算する規則性はあるのでしょうか。それとも一覧表を引くしかないのですか。トータルの許容電子数をどうやって計算しているのか教えてください。例えば「 第五周期には、18 種類 」の 18 は「 4d、5s、5p 」からどのように計算しているのですか。?
また、並べている順序には最初の数字の小さいものが先らしいことが分かりますが、次の alphabet の小文字 にはどのような順序の規則性があるのでしょうか。
更に、「 第六周期には、32 種類（ 4f、5s、5d、5d、6s 軌道 ）」と 5d の同じものが二つありますが、これが元素の性質などに特別な性格を与えているようなことがありましたら説明をお願いします。
説明して頂く内容を分かり易く説明している web サイトのリンクでも結構です。
お手数をおかけします。

回答No.1

watanabe04

周期表は元素の種類や性質によって分類されていますよね。
同じ性質のものがたくさんあるということになります。
なぜか？という問いには神様に聞かないとわからないですね。

お礼

他の方の説明を見ると、それなりの説明をしておられますね。相手が高校生だからと言ってこのような回答をされるのは、貴方自身の教える態度を疑われるように思います。
ともかくお手数を感謝いたします。