最も金属元素は何ですか？

周期表では、金属の特徴は、周期全体で右から左に増加し、グループ全体で上から下に増加します。このため、周期表で最も金属的な元素はフランシウムです。

ただし、フランシウムは不安定な核を持つ元素であるため、すぐに崩壊して他の小さな核を形成します。これにより、フランシウムを自然​​に見つけることは非常に困難になります。実際、それは地球の地殻で最も少ない金属の 1 つであり、フランシウム核が絶えず形成されているウランなどの他の放射性元素の鉱石にのみ自然に見られ、時間の経過とともに崩壊する量を補充します.

セシウムはタイトルを望んでいます

フランシウムが非常に不安定であり、通常は粒子加速器でのみ人工的に合成されるという事実により、多くの人がフランシウムを合成元素と見なし、したがってフランシウムを最も安定な元素の候補とは見なしません. 金属. このように考える人にとって、周期表でフランシウムのすぐ上に位置するセシウムは、天然に存在する最も金属的な元素です(天然を強調)。

この議論は、合成元素に対して完全に有効です。なぜなら、これらは微量でほんの一瞬しか得られず、その物理的および化学的特性の実験的評価はほとんど不可能だからです. しかし、フランシウムがどれほど不安定であっても自然界に存在し、その金属的性質を決定する多くの特性が測定されています.

一方、フランシウムは最終的に崩壊して他の元素を形成するため、金属としての適用性はないと主張することができます. これも正当な主張です。

したがって、これからはフランシウムを周期表で最も金属的な元素と見なし、セシウムを周期表で最も金属的な「安定した」元素と見なします。

次に、元素を金属にする理由と、周期表の左下隅にあるこれらの元素が私たちが知っている最高の金属である理由を探ります.

金属の性質

金属は、次の特性を持つことを特徴とする要素です。

• それらは良好な熱伝導体および電気伝導体です。
• ほとんどが高融点固体です。
• 金属光沢があります。
• それらは延性があります。つまり、延ばして長いワイヤを形成できます。
• それらは可鍛性があります。つまり、押しつぶして薄いシートを形成できます。
• それらは高密度です。
• それらは通常、原子価殻にほとんど電子を持っていません。
• それらは、周期表の電気陰性度が最も低い元素です。つまり、電気陽性です。
• それらはイオン化エネルギーが低いため、価電子殻から電子を除去して陽イオンを形成するのが非常に簡単です。
• それらは高い電子親和力を持っているため、陰イオンに変換することは非常に困難です (通常の条件下ではほとんど不可能です)。

金属特性の周期的傾向

フランシウムが最も金属的な元素である理由を理解するには、その物理的および化学的特性が周期表全体でどのように変化するかを理解する必要があります。これらの特性の多くは、グループまたは周期の要素を比較するときに予測可能な動作をします。ほとんどの場合、これは原子の電子配置と有効核電荷によるものです。

周期トレンドと電子構成

電子配置は、原子が持つさまざまな軌道に電子が分布する方法で構成されます。周期表では、同じ周期の一部である元素は、同じエネルギー準位にある価電子を持っています。つまり、それらは同じ原子価殻を持っています。

一方、同じグループに属する元素は通常、同じ原子価殻電子配置を共有し、この原子価殻のエネルギー レベルのみが異なります。グループ内を右から左に移動すると、アルカリ金属の価電子が 1 つになるまで、元素の価電子が少なくなります。

イオン化エネルギーの周期的傾向

イオン化エネルギーは、気体状態の原子から基底状態の最も外側の電子を取り除くために投資しなければならないエネルギーの量に対応します。したがって、原子から電子を取り除くのがどれほど簡単かを測定します。

この特性は、価電子が核にどれだけ強く結合しているか、および電子を失うことによって形成される陽イオンの電子的安定性に依存します。前者は、価電子によって感じられる実効核電荷に依存します。これは、遮蔽電子の数の増加により、ある期間から次の期間にかけて急激に減少します。一定期間にわたって、原子核の総電荷が増加するにつれて実効核電荷は増加しますが、電子の遮蔽効果は増加しません (同じ原子価殻にあるため)。

一方、電子を失うことによって形成されるカチオンの安定性は、前記カチオンの電子配置に依存する。周期表を右から左に移動すると、元素の価電子が少なくなるため、電子が失われると希ガスの電子配置に近づきます。

結果として、イオン化エネルギーは左下に減少します。

価電子を 1 つしか持たないセシウムやフランシウムなどのアルカリ金属の場合、これらの元素はその 1 つの電子を失うことで希ガスの電子配置を獲得できます。これが、周期表全体の中でイオン化エネルギーが最も低い理由です。

電気陰性度の周期的傾向

周期表の右と上に移動すると実効核電荷が増加するため、電気陰性度は同じ方向に増加します。これは、電気陰性度が化学結合で電子を引き付ける原子の能力の尺度であるためです。

その結果、有効な核電荷が左下に減少すると、電気陰性度は同じ方向に減少し、セシウムとフランシウムは周期表で電気陰性度が最も低い (または電気陽性度が最も高い) 元素の 2 つになります。

化学反応性

電気陰性度は、とりわけ、要素が他の要素と結合したときに形成できる化学結合のタイプを決定します。金属の典型的な特徴は、非金属と反応して塩や酸化物を形成する傾向にあります。2 つの反応要素間の電気陰性度の差が大きいほど、イオン化合物を形成する傾向が大きくなります。これが、フランシウムとセシウムがすべての金属の中で最も反応性の高い元素であり、水と激しく反応してイオン性水酸化物を形成したり、他の非金属と激しく反応して強いイオン性ハロゲン化物塩を形成したりする理由です。

明確な周期的傾向に従わないその他のプロパティ

融点

水銀や他のいくつかの金属などのいくつかの例外を除いて、ほとんどの金属元素は高い融点を持っています. 融点はこれまでの性質とは異なり、明確な周期的挙動を示さない性質です。これは、原子番号と電子配置の関係が以前の例ほど単純ではないためです。

一般的に言えば、融点は周期表の下に向かって上昇する傾向がありますが、一定期間にわたる挙動は一様ではありません。実際、アルカリ金属から遷移金属に移動すると最初に増加する傾向があり、周期表の p ブロックに移動すると再び減少します。

これは、融点の観点からは、フランシウムもセシウムも優先されないことを意味します。

導電率

熱伝導率と電気伝導率に関しては、セシウムもフランシウムも真のチャンピオンではありません。たとえば、セシウムの電気伝導率は 4.88.10 ⁶ S/m で、周期表で最も伝導性の高い金属である銀の伝導率の 10 分の 1 未満です。これら 2 つの要素を最高の熱伝導体である金と比較すると、同様のことが起こります。ただし、セシウムとフランシウムはどちらも依然として優れた伝導体であるため、1 位にランク付けされていないからといって、それらが一般的に他の金属よりも金属的ではないということを必ずしも意味するわけではありません。

明確に定義された周期的挙動を持たず、セシウムとフランシウムが最良の代表ではない他の金属特性があります。ただし、同様に、密度、可鍛性、および延性を含むこれらの特性は、これら 2 つの要素に大部分が存在するため、最初の位置を持たないことは、それらが最も金属的な要素であると見なされないことを意味するものではありません。周期表。

参考文献

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