Periodic table - shuukihyo (English spelling) periodic table

Japanese: 周期表 - しゅうきひょう（英語表記）periodic table

A table that arranges the elements according to the periodic law. It is sometimes mistakenly called the periodic table. Since J. L. Mayer of Germany and Mendeleev of Russia established the basis of the periodic law in 1869, many people have devised various periodic tables.

The periodic table that has been commonly used up until now has two types: short and long ( Table 1 , Table 2 ). As can be seen from the table, the short period table is based on a period of 8, except for the 2 in the first period, and the second and third periods are made up of eight elements from Group I to Group VII and Group O, but the situation is different from the fourth period onwards. In the fourth period, Group VIII, which is made up of three elements in particular, appears, making nine groups including Group O, and in addition to the first period from K to Ni, the period from Cu to Br is added, combining two periods into one. The situation is the same for the fifth and sixth periods. For this reason, from the fourth period onwards, two elements are placed in one section, and in order to distinguish between them, they are divided into right and left parts of one section, such as subgroups A and B. In contrast, in the long period table, as shown in Table 2 , the elements of subgroups A and B are not placed in their own sections, but are arranged as one period. The way in which the A and B subgroups are defined varies from researcher to researcher; in the table, the left is designated as A and the right as B, but there are also those who use the opposite method, or those who use something in between, and the situation is the same for long-period elements. In any case, the notation of A and B has been confusing for a long time. In 1990, the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) decided to eliminate this confusion by abolishing the distinction between A and B, and to promote the adoption of a long-period table as shown in Table 3. This periodic table clearly shows the arrangement of the extranuclear electrons of the atoms of each element, and is considered extremely useful for chemists.

Elements in the same group in the periodic table have similar properties and form compounds with similar properties. For this reason, each group is sometimes called by a characteristic name ( Table 4-1 , Table 4-2 ). Groups 3 to 11 are collectively called transition elements, and the rest, excluding group 12, are collectively called main group elements. The first two elements of each main group, except group 18, are called representative elements. In general, the further left and lower you are in the periodic table, the more electropositive (more metallic), and the further right and higher you are in the periodic table, the more electronegative (more nonmetallic). This trend is quite clear, and if you draw a diagonal line from the top left to the bottom right of the periodic table, the metals will be in the lower left half and the nonmetals in the upper right half. Elements in between (Ge, As, Te, Po, etc.) have properties intermediate between nonmetals and metals and are sometimes called metalloids.

[Nakahara Katsunori]

History of the Periodic Table

Historically speaking, when the periodic law was gradually forming its framework, the periodic table was also beginning to take shape. The French work "The Screw of Earth" by Beguier de Chancourtois arranged the elements in order of atomic weight, and pointed out that similar elements were on the same line, and the periodic table by Newlands in the musical scale (also called the law of octaves) was a precursor to the periodic table. Newlands created a musical scale table in 1865 ( Table 5 ), which was significant at least in that it classified the elements and numbered the atoms. However, this idea was laughed at by the academic community in the UK at the time. Around the same time, W. Odling in the UK furthered the classification of triad elements, pointing out that when the elements are arranged and classified in order of atomic weight and put into a table, the difference in atomic weight between adjacent elements on a row matches very well, emphasizing the significance of this table ( Table 6 ). Both of these can clearly be considered a type of periodic table. However, none of them were generally accepted. At this time, it was the Russian Mendeleev who published a periodic table with extremely clear meaning and was accepted by the world. He published the first paper on the periodic table in March 1869 at a regular meeting of the Russian Society of Physical Chemistry, which had just been established. It was published in the April issue of the Journal of the Russian Society of Physical Chemistry, and a summary was published in a German chemistry journal later that same year ( Table 7 ). In it, he explained the following important fact:

(1) When elements are arranged in order of atomic weight, the periodicity of various properties becomes clearly apparent.

(2) Elements with similar chemical behavior have atomic weights that are close to each other (e.g., Os, Ir, Pt) or increase uniformly in atomic weight (e.g., K, Rb, Cs).

(3) The arrangement of the elements in order of increasing atomic weight corresponds to the so-called valences and, to a certain extent, to the differences in their chemical properties, as seen in the series Li, Be, B, C, N, O, F, and is repeated in the following period:

(4) Elements that are widely distributed in nature have small atomic weights and are typical elements.

Around the same time, German chemist Mayer had already written a periodic table in his notebook and realized its importance. Therefore, as soon as he saw Mendeleev's paper, he immediately wrote a paper on the periodic table in the same year and published it the following year in 1870 ( Table 8 ). In addition, in his paper, Mayer also published a graph (atomic volume curve) showing the periodicity of atomic volume, which is a typical example of the periodic change in the properties of various elements. Mayer's periodic table is an excellent one that compensates for the shortcomings of Mendeleev's first periodic table, and Mendeleev, inspired by Mayer's paper, published a second paper on the periodic table in the same Russian Journal of Physics and Chemistry in 1871 ( Table 9 ). In this paper, the first periodic table was divided into 19 groups, but each group was divided into 8 groups, with two subgroups in each group. In other words, the seven elements with the smallest atomic weights, excluding hydrogen, have significant differences in properties, but the elements beyond these are successively similar to the first seven elements and are classified into groups represented by these seven elements. Moreover, these are divided into subgroups within each group, and group Ⅷ is not classified into any of the seven groups, but is the transitional element that connects them. From this result, he predicted the melting point, specific gravity, and other properties of indium, an element that had just been discovered at the time, and confirmed these predictions. And what is most noteworthy is that he went a step further and boldly predicted the discovery of unknown elements, not just known elements.

For example, he predicted the existence of boron, which had been left vacant, eka-boron and eka-aluminum (eka means one in Sanskrit, and as a prefix means "next to"), which would be below aluminum, and eka-silicon, which would be below silicon, qualitatively and quantitatively, from their atomic weights, atomic volumes, specific gravity, and other properties to the properties of their compounds. Herein lies the significance of Mendeleev's periodic table. The idea that the properties of elements are periodic functions of their atomic weights had been gradually developed by many scholars at that time, but Mendeleev was the first to recognize the essential significance of the periodic law, express it in the form of a periodic table, and correctly interpret the results obtained from it.

The prediction that undiscovered elements existed was soon experimentally proven, and the reliability of Mendeleev's periodic table was widely recognized. In 1875, the Frenchman de Boisbaudran discovered a new metallic element, gallium, which Mendeleev clarified as corresponding to eka-aluminum. Scandium (equivalent to eka-boron) was discovered in 1879, and germanium (eka-silicon) in 1886, both of which coincided with Mendeleev's prediction ( Table 10). The success of such predictions had a great effect, and it can be said that the periodic law and the periodic table were established for the first time. The discovery of the noble gas elements by the British scientists Rayleigh and Ramsay (1894 ) was thought to be a problem for the periodic law, but Ramsay solved the problem by placing He between H and Li, and conversely, by using the properties of the periodic table, he discovered Ne, Ar, Kr, and Xe, and established the existence of the O group elements. This further established the status of the periodic table, and from this point on, the focus was on how to represent the periodic table in a way that would make its meaning clear. The atomic structure was then discussed based on the discovery of electrons and spectra, and the discovery of Moseley's law showed that it was the atomic number, not the atomic weight, that was important, and the correct atomic model was established. The atomic structure was also clarified with the development of quantum mechanics, and the periodic table as we know it today was created.

[Nakahara Katsunori]

"Electronic Structure and the Periodic Law" by Nakahara Katsumi (1976, Baifukan Publishing) ▽ "The History of the Periodic System, Volumes 1 and 2, by Spronsen and translated by Shimabara Kenzo (1978, Sankyo Publishing)" ▽ "The Periodic Table of the Elements, edited by the Chemical Society of Japan (1978, Society Publishing Center)" ▽ "Mendeleev's Discovery of the Periodic Law" by Kaji Masanori (1997, Hokkaido University Press)" ▽ "The Periodic Table: Origins and Thoughts" by Eric Shelley, translated by Mabuchi Hisao et al. (2009, Asakura Publishing)" ▽ "The Complete Illustrated Periodic Table: Understanding the Fundamentals of All Kinds of 'Substance', 2nd Edition, by Tamao Kohei and Sakurai Hiroshi (2010, Newton Press) " ▽ "The New Elements and the Periodic Law" by Iguchi Hiroo and Iguchi Makoto (2013, Shokabo Publishing)

Short-period periodic table [Table 1]
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Short-period periodic table [Table 1]

Long-period periodic table [Table 2]
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Long-period periodic table [Table 2]

The currently used long-period table (Table 3)
The long-period periodic table had differences in expression depending on the country, which caused considerable confusion. This periodic table was proposed to correct that, and in it, the subgroups A and B were eliminated, and the groups were simply numbered from 1 to 18 from the left. IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) has adopted this periodic table since 1990 .

The currently used long-period table (Table 3)

Characteristics of each element group [Table 4-1]
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Characteristics of each element group [Table 4-1]

Characteristics of each element group [Table 4-2]
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Characteristics of each element group [Table 4-2]

Newlands' Scale Temperament Table [Table 5]
Note: G is Glycinum, which is now Be, and Bo is now B. ©Shogakukan ">

Newlands' Scale Temperament Table [Table 5]

Odling Table [Table 6]
Note: The numbers are atomic weights . ©Shogakukan

Odling Table [Table 6]

Mendeleev's first periodic table [Table 7]
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Mendeleev's first periodic table [Table 7]

Mayer's Periodic Table (1870) [Table 8]
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Mayer's Periodic Table (1870) [Table 8]

Mendeleev's Second Periodic Table (1871) [Table 9]
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Mendeleev's Second Periodic Table (1871)

Mendeleev's predictions for eka-silicon [Table 10]
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Mendeleev's prediction about eka-silicon...

Thomsen-Bohr Periodic Table
This type of periodic table started from Bohr's atomic model. The electron configurations between atoms have periods of 1×2=2, 2×2=8, 3×2=18, and 4×2=32. ©Shogakukan ">

Thomsen-Bohr Periodic Table

The periodic table developed from the Thomsen-Bohr type
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The periodic table developed from the Thomsen-Bohr type

Planar spiral periodic table
In principle, it is the same as the "earth screw," but you can think of it as being expanded onto a plane. It is easy to see that the elements of the same group are on the same line, and that transition elements appear in comparison with the typical elements. Also, here, lanthanides and actinides are grouped together, but if you do the same thing with these, you can easily see how these f-type elements appear. ©Shogakukan ">

Planar spiral periodic table

Cone-shaped periodic table
It is a flat spiral that is pulled up from the center and the elements are arranged on the surface of a cone. Therefore, the characteristics are exactly the same, but the shape itself is interesting.

Cone-shaped periodic table

Block-type periodic table
It is an octagonal prism that treats hydrogen as a special case. Its shape makes it easy to see that the d-type transition elements, f-type lanthanides, and actinides are sticking out from the sides. ©Shogakukan ">

Block-type periodic table

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

周期律に従って元素を配列した表。誤って周期律表ともいわれることがある。1869年ドイツのJ・L・マイヤーおよびロシアのメンデレーエフが周期律の基礎を確立して以来、多くの人によって各種の周期表がくふうされている。

　これまで普通に用いられていた周期表には、短周期型と長周期型がある（表1、表2）。表で見るように、短周期型周期表では第1周期の2を除き、8による周期を基本とし、第2、第3周期ではⅠ族からⅦ族までとO族の八つからなるが、第4周期以降では状況が異なってくる。第4周期ではとくに三つの元素をひとまとめにしたⅧ族が出現し、O族とあわせて九つの族があり、しかも初めのKからNiまでの周期に加えて、CuからBrまでの周期を入れ、二つの周期を一つにまとめている。第5、第6周期でも事情は同じである。このため第4周期以降では一つの区画に二つの元素が入ることになり、これらを区別するためA亜族とB亜族のようにして、一つの区画のなかでも右と左に分けている。これに対し長周期型周期表では、表2のようにA亜族、B亜族のそれぞれの元素を一つの区画に入れることなく、一つの周期として並べている。このときA亜族とB亜族のとり方が研究者によって異なり、表では左をA、右をBとしてあるが、逆のとり方をするもの、あるいはその中間とするものなどがあり、長周期でもこの事情は同じであり、いずれにしてもA、Bの記載は長い間混乱していた。1990年、国際純正・応用化学連合（IUPAC：International Union of Pure and Applied Chemistry）は、この混乱をなくすためA、Bの区別を廃し、表3のような長周期型周期表の採用をすすめることとした。この周期表は、各元素の原子の核外電子の配列をよく表しており、化学者にとってきわめて便利なものと考えられている。

　周期表中で同じ族に属する元素は互いに似た性質をもち、似た性質の化合物をつくる。そのため各族をまとめて特徴ある名称でよぶこともある（表4-1、表4-2）。また各族のうち3～11族をまとめて遷移元素といい、それ以外のうち12族を除いたものをまとめて主要族の元素といっている。18族を除く各主要族の最初の2元素を典型元素という。周期表では一般に左側へ寄るほど、また下へくるほど電気陽性となり（金属性が増し）、右側へくるほど、また上へくるほど電気陰性となる（非金属性が増す）。この傾向はきわめてはっきりしていて、周期表の左上から右下へ斜めに線を引くと、ほぼ左下半分に金属、右上半分に非金属がくることになる。そしてその中間にくる元素（Ge、As、Te、Poなど）は非金属と金属の中間の性質をもっていて、半金属ということもある。

［中原勝儼］

周期表の歴史

歴史的にいって周期律が徐々にその骨格をつくっていくとき、当然周期表もその形をなし始めていた。フランスのベギエ・ド・シャンクールトアの「地(ち)のねじ」は、原子量の順に元素を並べており、類似元素が同一線上にくることを指摘しているし、イギリスのニューランズの音階律（オクターブの法則ともいう）での周期表は、まさに周期表の先駆けであるともいえる。ニューランズは1865年音階律表をつくっているが（表5）、この表は少なくとも、元素を分類したことと、原子に番号をつけたという点で重要な意味がある。ただし、この考え方は当時のイギリスの学界からは一笑に付されてしまった。また同じころイギリスのW・オドリングは、三つ組元素の分類を進ませて、原子量の順に元素を並べて分類して表にすると、横列上の隣り合う原子量の差が非常によく一致することを指摘し、この表の意味を強調している（表6）。これらはいずれも明らかに一種の周期表といえよう。しかし、これらはいずれも一般に認められたわけではない。このようなとき、きわめて明確な意味をもった周期表を発表し、世に受け入れられたのがロシアのメンデレーエフである。彼は1869年3月、創立まもないロシア物理化学会の例会の席上で、周期表についての最初の論文を発表した。それはロシア物理化学会誌の4月号に掲載され、さらにその年のうちにドイツの化学雑誌に要約が載せられた（表7）。このなかで彼は次のような重要な事実を説明している。

(1)諸元素を原子量の大きさの順に並べると種々な性質の周期性がはっきりと現れる。

(2)化学的挙動の似た元素は（たとえば、Os、Ir、Ptなど）互いに原子量が近いか、または一様に原子量が増加している（K、Rb、Csなど）。

(3)原子量増加の順に元素を配列すると、いわゆる原子価に対応し、ある程度までそれらの化学的特性の差異に対応するが、このことはLi、Be、B、C、N、O、Fの系列でみられ、次の周期で繰り返される。

(4)自然界に広く分布している元素は、原子量が小さく、典型的な元素が多い。

　同じころドイツの化学者マイヤーは、すでに周期表を自分のノートに書いていたし、その重要性に気がついていた。そのためメンデレーエフの論文をみるや、ただちに同じ年に周期表についての論文を書き、翌1870年に発表している（表8）。なお、マイヤーは論文のなかで、原子容の周期性を示すグラフ（原子容曲線）も発表しているが、これは諸元素の性質が周期的変化を示す代表的な例になっている。マイヤーの周期表は、メンデレーエフの第一の周期表の欠点を補った優れたものであるが、彼の論文に示唆を受けたメンデレーエフは1871年、やはり同じロシア物理化学会誌に周期表についての第二の論文を発表した（表9）。このなかでは、最初の周期表では19族に分けていたものを8族にし、各族のなかに二つずつの亜族をつくっている。すなわち、水素は別として最小の原子量を有する7元素は互いに著しい性質の差があるが、それ以上の元素は順次初めの7元素に似ているとして、この7元素によって代表される族に分類する。しかも、これらはその族のなかで亜族に分けられ、Ⅷ族にはそれらの七つの族のいずれにも分類されず、それらをつなぐ過渡的な元素すなわち遷移元素がくるとした。この結果から、当時発見されたばかりの元素、インジウムについて、融点、比重、その他の性質を予想し、それが事実であることが確認された。そしてもっとも注目すべき点は、さらに一歩進めて、既知の元素にとどまらず、大胆にも未知の元素の発見を予想したことである。

　たとえば、空位にされていたホウ素、アルミニウムの下にくるエカホウ素、エカアルミニウム（エカekaはサンスクリットで1の意味であり、接頭語として「の次」を意味する）およびケイ素の下のエカケイ素の存在と、これらについてその原子量、原子容、比重その他の性質から化合物の性質に至るまで定性的ないし定量的に予言したのである。ここにメンデレーエフの周期表の意義がある。すなわち、元素の性質がその原子量の周期関数であるという考え方は、そのころの多くの学者たちによって順次できあがってきていたが、周期律の本質的な意義を認め、これを周期表という形で表し、それから得られる結果を正しく解釈したのは彼が初めてなのである。

　未発見元素が存在するという予言はまもなく実験的に証明され、メンデレーエフの周期表の信頼性を世に広めることになった。1875年フランスのド・ボアボードランは新しい金属元素ガリウムを発見したが、メンデレーエフはそれがエカアルミニウムに相当することを明らかにした。ついで1879年スカンジウム（エカホウ素に相当）が、1886年ゲルマニウム（エカケイ素）が発見され、メンデレーエフの予言と一致していた（表10）。このような予言の的中は大きな効果をあげ、周期律および周期表はこれによって初めて確立されたといってもよいであろう。またイギリスのレイリーとラムゼーによる希ガス元素の発見（1894）は周期律を困らせるものと思われたが、ラムゼーはHeをHとLiの間に置き問題を解決し、逆に周期表の性質からNe、Ar、Kr、Xeを発見し、O族元素の存在を確立した。このことはますます周期表の地位を確立し、これ以後は、周期表をどのように表すとその意味がよくわかるかということに集中されることとなった。その後発見された電子およびスペクトルから原子構造が議論され、さらにモーズリーの法則の発見により、重要なのは原子量ではなく、原子番号であることがわかり、正しい原子模型も確立されることになった。また量子力学の発展によって原子構造が明らかになり、現在用いられているような周期表となった。

［中原勝儼］

『中原勝儼著『電子構造と周期律』（1976・培風館）』▽『スプロンセン著、島原健三訳『周期系の歴史』上下（1978・三共出版）』▽『日本化学会編『元素の周期表』（1978・学会出版センター）』▽『梶雅範著『メンデレーエフの周期律発見』（1997・北海道大学図書刊行会）』▽『エリック・シェリー著、馬淵久夫他訳『周期表――成り立ちと思索』（2009・朝倉書店）』▽『玉尾皓平・桜井弘著『完全図解周期表――ありとあらゆる「物質」の基礎がわかる』第2版（2010・ニュートンプレス）』▽『井口洋夫・井口眞著『新・元素と周期律』（2013・裳華房）』

短周期型周期表〔表1〕
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短周期型周期表〔表1〕

長周期型周期表〔表2〕
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長周期型周期表〔表2〕

現在使われている長周期型周期表〔表3〕
長周期型の周期表には、国によって表現の相違があり、かなり混乱していた。それを是正するために提案されたのがこの周期表で、このなかでは亜族のA、Bをやめて、左から1～18族と単純明快に一連番号をつけている。IUPAC（国際純正・応用化学連合）は1990年より当周期表を採用©Shogakukan">

現在使われている長周期型周期表〔表3〕

元素各族の特徴〔表4-1〕

元素各族の特徴〔表4-2〕

ニューランズの音階律表〔表5〕

オドリングの表〔表6〕

メンデレーエフの最初の周期表〔表7〕

マイヤーの周期表（1870年）〔表8〕

メンデレーエフの第二周期表（1871年…

メンデレーエフのエカケイ素に対する予言…

トムセン‐ボーア型周期表

トムセン‐ボーア型を発展させた周期表

平面螺旋型周期表
原理的には「地のねじ」と同じであるが、それを平面上に展開したものと考えてよい。同族元素が同一線上にきていることと、典型元素に対して遷移元素が出現してくるさまがよくわかる。また、ここではランタノイドとアクチノイドを一つにまとめてあるが、これも同じようにすれば、これらのf型元素が出現するさまがよくわかる©Shogakukan">

平面螺旋型周期表

円錐型周期表

ブロック型周期表

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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