[スポンサーリンク]

ディスカッション

周期表の形はこれでいいのか? –上下逆転した周期表が提案される–

[スポンサーリンク]

重い元素を上に置き、軽い元素を下に置く周期表が提案されました。この記事では、その上下逆転周期表の利点をお話しします。さらに周期表の発展の歴史を踏まえて、周期表の今後について考えます。

今回の主役.この周期表は 20194月にイギリスの科学者 Poliakoff らが Nature Chemistry に発表しました1

周期表は天地無用か?

上の上下逆転周期表を見せられたときの個人的な感想は「なんじゃこりゃ。何を見せられているんだ? という感じでした。左上に配置されたフランシウム Fr や上部中央のマイトネリウム Mt あるいはダームスタチウム Ds など、名前しか知らない元素のあたりを視線がウロウロして困惑してしまいます。一方、炭素 C や酸素 O 、窒素 N など身近な元素は右下の方に埋もれています。この配置は人間の視線の動きに反する気がしてなりませんでした。というのも、人間は視線を Z 字型に左上から右下に移すと言われています。そんなことなので買い物の広告などではお買い得商品を左上に配置することが多いそうです。

人は Z 型に視線を動かすと言われています. こんなふうに記事冒頭の周期表を眺めて困惑してしまった人も多いのでは?

こんな周期表だと、化学に不慣れな人たちにとって全く馴染みのない元素たちが初めに目に飛び込んできてしまいます。酸素 O や窒素 N などの身近な元素が上部に位置する現在の周期表が、人の視線の心理には沿う気がします。

というわけで、周期表は天地無用だ! 

待て待て。頭ごなしにアイデアを否定することは簡単です。提案者の意見にも耳を傾けてみましょう。

周期表を水素を原点に持つグラフに見立てる

この周期表の提案者は上のような批判に対して、周期表は買い物のリストではないと反論しています。そして周期表を数学的なグラフ (散布図) に対応させたいと主張しています。どういうことかというと、正の数を変数にもつ二次元のグラフを書くときには、普通原点を左下に置き、軸を上に伸ばします。したがって、周期表の族を x 軸に対応させ、周期を y 軸に対応させる方が適切では?  というのが上下逆転周期表の基本的なアイデアです。なるほど。身近な元素を上に配置したいという単なる人間の心理を理由に軽い元素を上部に配置するよりも、こちらの筋が通っています。

上下逆転周期表は水素を原点に持つ散布図のようなもの. 

しかし不思議ですね。仮想的な軸を記入するだけで、グラフの原点である左下に視線が行くではありませんか。もともと提案された上下逆転周期表に、このようなグラフの軸は描かれていなかったため気づかなかったのですが、この記事を書くために軸を記入した上下逆転周期表を試しに作成したところ、案外わるない上下逆転、という気持ちになってしまいました。

個人的に水素の位置も気に入っています。この上下逆転周期表では、水素はグラフの原点に位置します。実は、水素って宇宙が誕生してから初めに誕生した原子なんですよね2。文字通り水素を “原点” に置くことで、周期表に宇宙史をも反映させることができたとさえ解釈できます。 (やや無理がある?)

上下逆転周期表の “軸” は原子番号にのみ当てはまる

冷静になって「周期表=グラフ」理論を深掘りして見ましょう。従来の周期表の優れている点として、原子半径や電気陰性度の周期性があります。例えば、従来の周期表では周期表の下に行くほど原子半径は大きくなり、右に行くほど原子半径は小さくなります。これを上下逆転周期表に当てはめると、「周期表の上に行くほど原子半径が大きくなる」と改められます。上下逆転周期表の y 軸は原子半径に対しても機能しているようです。ただし、周期表の右に行くほど原子半径は小さくなる関係は変わりません。なので周期表の x 軸は原子半径に対して負の相関を持ってしまいます。

一方、電気陰性度はどうでしょうか。もともとの周期表では下に行くほど電気陰性度は小さくなりました。これが上下逆転すると、「周期表の上に行くほど電気陰性度が小さい」ということになります。これらのことから上下逆転周期表の 軸は、元素のすべての性質について正の関係を示すものではないとわかります。「周期表=グラフ」の理論は、原子番号に限って当てはまる関係なようです。

上下逆転周期表における原子半径や電気陰性度の関係. 

電子数が多い元素を上に置くことで構成原理を直感的に表現

では周期表を上下逆転する利点は、周期表が原子番号を軸に持つグラフになることだけでしょうか。提案者らは、「上下逆転周期表は、周期表がなぜこのような構造を持つかを直感的に表している」とも指摘しています。周期表が中央に凹みを持っているのは「構成原理」に由来します。構成原理は、原子核に電子が収容される順序を表したルールです。ものすごくざっくりと説明すると、コップに水を注ぐと当然下から順に水が満たされるように、原子核に電子を満たすとエネルギーの低い軌道から順に電子が詰まっていくのです (下のイメージ図を参照)。構成原理は Aufbau principle と言いますが、これは積み上げ原理という意味です。原子番号が大きい元素ほど周期表の上にあることは、それらの元素では下部の元素よりも電子がより多く積み上がってることを表しているわけです。

上下逆転周期表は構成原理 (Aufbau Principle) を直感的に表している. 

原子核が持つ電子の軌道のエネルギーを表した模式図 (左). 高校化学では「原子核に近い殻から順に電子が収容される」のように習うかもしれませんが、厳密には少し違います。実際には同じ殻の中にもいくつかの電子の “軌道” があり、同じ殻の軌道同士でもエネルギーが異なっています。新たに加わる電子がどの軌道に詰まるかに基づいて, 周期表のブロックが形成されます (ただしこの図の軌道の色は, 上の図の周期表のブロックと対応してません). 

周期表の向きは任意

ここまでの考察をまとめましょう。上下逆転周期表は、次の特徴があります

  • 周期表を、x 軸および y 軸方向に原子番号が増える二次元の散布図に見立てているため、周期表の向きに理屈がある
  • 上下をひっくり返しただけなので、周期表の本来の目的である元素の周期律を保っている
  • 電子が原子核に満たされていく様子を直感的に表しており、原子の構造と周期表での元素の位置が対応している。

これらの特徴を見る限り、周期表の上下を逆転したことによる弊害はほとんどなさそうです。それもそのはず、メンデレーエフが一番最初に提案した周期表は元素が縦に並んでいたではありませんか。結局周期表の向きは任意であって、上から周期を下るか、下から周期を積み上げるか、はたまた左から右へと縦に周期を並べるかによって、不都合は生じないのです。

メンデレーエフが最初に考案した周期表は元素が縦に並んでいた. 

上下逆転周期表が現在の周期表を淘汰する事はあり得るか?

これだけ上下逆転周期表のメリットを説明してまいりましたが、実際この周期表が普及する日は来るでしょうか。個人的な結論は、「あるかもしれないが、すぐに起こる可能性は小さいだろう」です。その根拠は過去の周期表の進化の歴史にあります。一番最近に周期表の形が大きく変化したのは、短周期型周期表から長周期型周期表に変わったときです。

短周期型周期表における亜族の名称の廃止が, 実質的に短周期型周期表の廃止につながりました (詳細はこちら: 周期表の歴史を振り返る). 

そのときの周期表の変更の駆動力となったのは、次の2点でした。

  1. 当時使われていた周期表(族の名称)についての混同
  2. 族の名称の混同による学生の混乱

では、現在の周期表において大きな混乱はあるでしょうか。私の知る限り、今のところありません。教育的な面では、上下逆転周期表の方が原子構造の仕組みを教える上でやや優れているかもしれません。しかし、その利点だけだとすでに大きく普及してしまった周期表を廃止するほどの動機にはならないかなと思います。

一方で、インターネットが普及した現代では、非公式に上下逆転周期表が広がっていく可能性はゼロではありません。非公式に広がるというのは、教科書などで採用される前に、ケムステのようなネット記事であったり、教育系の YouTube 動画で広がるという意味です。今や誰でも情報を発信できますから、みんながいいね! と思った周期表は教科書に現れる前にネット上で拡散されるかもしれません。うーん、周期表の未来を予測するのは困難です。

まとめ:周期表の形は1つに決まっていない

周期表は、科学者が元素の性質をなるべくわかりやすく説明するために発明した表であり、科学者は今もまだその改良案を模索しています。したがって「周期表の形はこれでよいのか」という記事タイトルにある質問の答えは「周期表の形は1つに決まっていない」というあまのじゃくな答えになるかもしれません。実際、今回は取り上げられなかった個性的な周期表が世の中にはたくさん提案されています。この記事をきっかけにお気に入りの周期表を探してみてはいかがでしょうか?

関連記事·リンク

参考文献

  1. Poliakoff, S.;  Markin, A. D. J.; Tang, S. L. Y.; Poliakoff, E. Nature Chemistry 2019, Accepted. DOI: 10.1038/s41557-019-0253-6
  2. 科学技術週間, 宇宙図, http://stw.mext.go.jp/common/pdf/series/diagram/uchuzu2018-ja_A3.pdf.

関連書籍

世界で一番美しい元素図鑑

世界で一番美しい元素図鑑

セオドア・グレイ
¥4,178(as of 12/21 11:15)
Amazon product information
Avatar photo

やぶ

投稿者の記事一覧

PhD候補生として固体材料を研究しています。学部レベルの基礎知識の解説から、最先端の論文の解説まで幅広く頑張ります。高専出身。

関連記事

  1. アルキンメタセシスで誕生!HPB to γ-グラフィン!
  2. Grignard反応剤が一人二役!? 〜有機硫黄化合物を用いる<…
  3. 鉄触媒を使い分けて二重結合の位置を自由に動かそう
  4. 細胞懸濁液をのせて、温めるだけで簡単に巨大ながんスフェロイドがで…
  5. 書類選考は3分で決まる!面接に進める人、進めない人
  6. シス優先的プリンス反応でsemisynthesis!abeo-ス…
  7. 【クラリベイトウェブセミナー】 新リリース! 今までの研究開発に…
  8. iPadで計算化学にチャレンジ:iSpartan

注目情報

ピックアップ記事

  1. 研究生活の心構えー修士課程、博士課程に進学したあなたへー
  2. アルツハイマー病・ワクチン開発相次ぐ、副作用回避へ知恵絞る
  3. 性フェロモン感じる遺伝子、ガで初発見…京大グループ
  4. 和製マスコミの科学報道へ不平不満が絶えないのはなぜか
  5. 持続可能性社会を拓くバイオミメティクス
  6. 第8回 学生のためのセミナー(企業の若手研究者との交流会)
  7. ブルース・ギブ Bruce C. Gibb
  8. ダイセル、化学技術賞を受賞 ウェハーレンズ開発と製品化
  9. チン・リン Qing Lin
  10. ムスカリン muscarine

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2019年5月
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

注目情報

最新記事

有機合成化学協会誌2024年12月号:パラジウム-ヒドロキシ基含有ホスフィン触媒・元素多様化・縮環型天然物・求電子的シアノ化・オリゴペプチド合成

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2024年12月号がオンライン公開されています。…

「MI×データ科学」コース ~データ科学・AI・量子技術を利用した材料研究の新潮流~

 開講期間 2025年1月8日(水)、9日(木)、15日(水)、16日(木) 計4日間申込みはこ…

余裕でドラフトに収まるビュッヒ史上最小 ロータリーエバポレーターR-80シリーズ

高性能のロータリーエバポレーターで、効率良く研究を進めたい。けれど設置スペースに限りがあり購入を諦め…

有機ホウ素化合物の「安定性」と「反応性」を両立した新しい鈴木–宮浦クロスカップリング反応の開発

第 635 回のスポットライトリサーチは、広島大学大学院・先進理工系科学研究科 博士…

植物繊維を叩いてアンモニアをつくろう ~メカノケミカル窒素固定新合成法~

Tshozoです。今回また興味深い、農業や資源問題の解決の突破口になり得る窒素固定方法がNatu…

自己実現を模索した50代のキャリア選択。「やりたいこと」が年収を上回った瞬間

50歳前後は、会社員にとってキャリアの大きな節目となります。定年までの道筋を見据えて、現職に留まるべ…

イグノーベル賞2024振り返り

ノーベル賞も発表されており、イグノーベル賞の紹介は今更かもしれませんが紹介記事を作成しました。 …

亜鉛–ヒドリド種を持つ金属–有機構造体による高温での二酸化炭素回収

亜鉛–ヒドリド部位を持つ金属–有機構造体 (metal–organic frameworks; MO…

求人は増えているのになぜ?「転職先が決まらない人」に共通する行動パターンとは?

転職市場が活発に動いている中でも、なかなか転職先が決まらない人がいるのはなぜでしょう…

三脚型トリプチセン超分子足場を用いて一重項分裂を促進する配置へとペンタセンクロモフォアを集合化させることに成功

第634回のスポットライトリサーチは、 東京科学大学 物質理工学院(福島研究室)博士課程後期3年の福…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP