周期表：化学的周期性

周期性とは、周期表の各周期を進むにつれて性質が規則的なパターンで繰り返されることを意味する。第3周期（Na〜Ar）はその標準例である。

融点と伝導性は、構造および結合に由来する：

• Na, Mg, Al は巨大金属結合である。融点は上昇する（Na → Al）。各原子がより多くの非局在電子を提供し、イオンが小さくなることで、結合が強くなるためである。これらは良く伝導する。
• Si は**巨大分子（巨大共有結合）**である。最も高い融点を持ち、強い共有結合を切断する必要があるためである。ほとんど伝導しない。
• P, S, Cl, Ar は単純分子（あるいは単一原子）である。融点は低く、破壊されるのは分子間の弱いファンデルワールス力のみであり、各分子内の強い共有結合は全く切断されないためである。これらは伝導しない。

この低下を説明する際はファンデルワールス力という用語を使用すること：これが採点ポイントであり、「共有結合が弱い」という記述は誤りとして失点対象となる。融点 $\text{S}_8$ は分子全体を互いから引き離すものであり、単一の $\text{S–S}$ 結合には触れない。それらの大きさは依然として分子に従う：$\text{S}_8$ は $\text{P}_4$ よりも高く融けるが、それは大きく、電子が多いためファンデルワールス力が強いためである。一方、$\text{Ar}$ （単一原子）は最も低い。

酸素、塩素、水との反応

酸素との反応：

塩素との反応：

水との反応（Na と Mg のみ）：

ナトリウムは速く反応する；マグネシウムは冷水とは極めてゆっくりしか反応しない。

酸化物および塩化物の酸化数

第3周期の元素の酸化物または塩化物における酸化数は周期を通じて上昇する。これは、原子が結合に用いる外殻（価電子殻）電子の数に等しいためである：

塩化物 $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ も同様に、酸化数 $+1$ から $+5$ を示す。

水との反応および酸性・塩基性

周期を通じて酸化物は塩基性から酸性へと変化する：

金属酸化物（左側）は塩基性であり、非金属酸化物（右側）は酸性である。$\text{Al}_2\text{O}_3$ およびその水酸化物 $\text{Al(OH)}_3$ は両性であり、両方の酸および塩基と反応する：

水との塩化物

• $\text{NaCl}$ と $\text{MgCl}_2$ はイオン性である。それらは単に溶解し、ほぼ中性の溶液を与える。
• $\text{SiCl}_4$ と $\text{PCl}_5$ は共有結合である。それらは加水分解（水と反応する）して酸性の溶液と $\text{HCl}$ の煙を生じる：

傾向の説明

これらの傾向は、結合様式と電気陰性度の変化から導かれる。左側にある元素は金属で電気陰性度が低いため、その酸化物や塩化物はイオン性であり、塩基性（または中性）である。右側にある元素は非金属で電気陰性度が高いため、その酸化物や塩化物は共有結合性であり、酸性である。塩化物や酸化物の性質（融点、伝導性、水に対する影響）を用いて、その結合がイオン性か共有結合性かを推定できる。

計算例。 $\text{Na}_2\text{O}$、$\text{Al}_2\text{O}_3$、$\text{SO}_3$ をそれぞれ水に加えたときのpHを予測せよ。酸塩基性は第3周期における金属から非金属への変化に従う。$\text{Na}_2\text{O}$ はイオン性で塩基性である：$\text{NaOH}$ を与えて溶解するため、pH は約 13 である。$\text{SO}_3$ は共有結合性で酸性である：$\text{H}_2\text{SO}_4$ を与えて反応するため、pH は約 1 である。$\text{Al}_2\text{O}_3$ は変化の境界に位置しており、両性であり水に対して実質的に難溶であるため、pH は約 7 のままとなる。注意すべきは最後のものだ：両性とは中性を意味するのではなく、酸とアルカリの両方と反応することを意味する——単に水とは反応しないだけだ。

この考え方は任意の族にも適用できる。族を下 going するパターンや周期にわたるパターンを知っていれば、次のことが可能である：

• 元素の位置からその性質を予測する（例：第1族の元素は活性な金属であり、$+1$ イオンを形成する）。
• 物理的・化学的性質から、未知の元素の有望な位置や正体を推論する。

• 常に傾向と理由をセットにする：第3周期では原子半径が減少する（核電荷の増加、類似した遮蔽効果のため）。
• 融点のパターンを構造で説明する：巨大金属結合（Na→Al）、巨大共有結合（Si、最高）、単純分子（$\text{P}_4$、$\text{S}_8$、$\text{Cl}_2$）、単原子分子（Ar）。
• 酸化物は周期に沿って塩基性 → 両性（$\text{Al}_2\text{O}_3$） → 酸性へと変化する：イオン性から共有結合性への結合との関連付け。
• 酸化物や塩化物の水中での反応について、生成物と resulting pH を答える。