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英語版クイズをもとにAIで日本語で作成しました。出典は日本語版ウィキペディアにリンクしています。
周期表は、元素を原子番号の順に並べ、性質の似た元素が縦に並ぶように配列した表です。1869年にメンデレーエフが提案した表は、まだ見つかっていない元素の存在まで言い当て、「化学のバイブル」と呼ばれるまでになりました。 このクイズでは、族や周期といった基本の用語から、三つ組元素やオクターブの法則などの発見史、立体周期表のような変わり種まで幅広く出題します。 後半には、金属の中で最も融点が高いタングステンの性質や産出、命名の由来にまつわる問題も用意しました。理科の授業を思い出しながら挑戦してみてください。
全30問の答えと解説。クイズで遊ぶ
Q 01原子番号74の金属元素タングステンの元素記号は？
W
この記号はドイツ語名のWolframに由来する。IUPAC名は英語のtungstenで、日本語の名称もこれに基づいている。
Q 021869年に周期表を提案したロシアの化学者は誰？
ドミトリ・メンデレーエフ
この表は、原子量順に並べた元素がある周回ごとに近似した性質を示すという周期的な特徴を例証したもので、新元素の発見や理論の構築とともに改良が重ねられて現在の形になった。
Q 03一般的な周期表の枠組みは縦何列で構成されている？
18
縦の列に加えて横7段と欄外2行という枠組みで構成されている。貴ガスの原子番号の差が8から32へと増えていく現象を平面に収めるための工夫である。
Q 04周期表の並び順を決める原子番号は、原子核が持つ何の個数に基づく？
陽子
周期表は水素から始まり、1マス進むごとに原子番号が1つ大きい元素が並ぶ。周期律に沿って改行されるため、左から右へ、上から下へ行くほど原子番号の大きな元素が並ぶ構成である。
Q 05周期表の1族のうち、リチウム以下の元素が属する族の呼び名は？
アルカリ金属
金属ではない水素がこの族の位置にある矛盾は過去にIUPACの雑誌でも指摘され、アメリカ化学会などは水素を第1周期の中央に置いた周期表を掲載した書籍を発行している。
Q 06周期表の17族、フッ素から始まる元素の族の名称は？
ハロゲン
水素は最外殻に電子をひとつ持つため1族に置かれているが、電子がひとつ足りない状態とみればこの族の仲間とも考えられ、実際に両方の性質を併せ持っている。
Q 07現在の周期表に表示されている元素はいくつ？
118
表示されているすべての元素には正式な元素名がつけられている。一方で安定な元素は原子番号82までで、それより先の元素はすべて放射性である。
Q 08同じ族の元素で、上から下へ行くほど大きくなる性質は？
原子半径
下に行くほど最外殻の電子は原子核から遠くなるため、電子を引き剥がすのに必要なエネルギーは小さくなり、電気陰性度も低くなっていく。
Q 09最外殻電子が2つなので2族のベリリウムの上に置くべきという主張もある元素は？
ヘリウム
この元素は貴ガスの性質を持つため、周期表の右端に置く現状が最適だという考えが一般的である。一方の水素も、1族と17族のどちらに置くべきかが議論されてきた。
Q 10元素の性質を簡潔に示した周期表は「化学の何」とも呼ばれる？
バイブル
周期表は錬金術師、化学者、物理学者など無数の人々による知の集大成とされ、化学だけでなく物理学や生物学、工学全体でも多くの法則を示す表として使われている。
Q 11原子の最も外側にあり、その個数が元素の性質を決める電子を何と呼ぶ？
価電子
原子には原子番号と同じ数の電子があり、電子殻と呼ばれる層を内側から順に埋めていく。ただし単純に内側から埋まる法則が当てはまるのは、原子番号18の元素までである。
Q 12水銀・フランシウムと並び、常温常圧で例外的に液体となる元素は？
臭素
単体の状態は周期表のブロックでは表しにくく、気体は水素と右上の付近に集まり、残りの元素はほとんどが固体である。マスの色や文字色で工夫して示す周期表もある。
Q 13周期表のへこんだ中央部にある3〜12族の元素群は何と呼ばれる？
遷移元素
この元素群は表の横方向で近似した性質を示し、その特性は第4周期以降の長周期と呼ばれる部分で現れる。電子の存在が知られていなかった時代、メンデレーエフはこの一群の解釈に非常に頭を痛めたといわれる。
Q 14メンデレーエフが周期表を作るヒントにした、自分の好きな遊びは？
Q 21元素の周期性を音階になぞらえ「オクターブの法則」と名付けたイギリス人は？
ジョン・ニューランズ
この法則は大きな元素には当てはまらなかったため賛同を得られず、「では元素記号のアルファベット順に並べたらどうなる」と嘲笑された。後に再評価され、1887年にイギリス化学学会から賞を授与されている。
Q 221829年に性質の似た元素の組「三つ組元素」を見いだしたドイツの化学者は？
ヨハン・デーベライナー
カルシウム・ストロンチウム・バリウムや硫黄・セレン・テルルにも同様の近似性が見つかったが、当時知られた元素のうち当てはまるのは6分の1に過ぎず、多くの化学者は単なる偶然と片付けた。
Q 231886年に発見され、メンデレーエフの表の「エカケイ素」の空白を埋めた元素は？
ゲルマニウム
1879年に発見されたスカンジウムも「エカホウ素」の位置に収まり、周期表による予想の正しさが次々と証明されていった。
Q 241789年にラヴォアジエが作成した元素のリストには何個の元素が記載された？
カードゲーム
当時発見済みの元素は63個に増えており、化学の教科書を執筆中だった彼はその説明方法に悩んでいた。適切な元素がない場所には仮の名をつけて空けておく工夫も施されている。
Q 151894年にレイリー卿とウィリアム・ラムゼーが発見した貴ガスは？
アルゴン
その名は「怠け者」を意味し、化合物を作らないこの元素を原子価重視の周期表にどう組み込むかが悩みの種だった。1898年までに同様の性質を持つ元素が相次いで見つかり、ひとつの族として扱われるようになった。
Q 16どの族にも納まらなかった希土類元素は1920年以降、どの概念の下にまとめられた？
ランタノイド
スウェーデンの小村で発見された鉱物群からは次々と新元素が見つかり、1907年までにその数は14に達していた。メンデレーエフの表ではどの族にも当てはまらない難問だった。
Q 17同位体がすべて放射性だと判明した、原子番号83の元素は？
ビスマス
安定な元素は原子番号82までとされており、83番以降の元素は周期表に名前が載っていても、すべての同位体が放射性崩壊を起こす。
Q 181875年にボアボードランが発見し、メンデレーエフの予言を裏付けた元素は？
ガリウム
この元素が「エカアルミニウム」として予言されていた性質と一致したことで、それまでほとんど価値を認められていなかった周期表が一気に注目を浴びるようになった。
Q 191913年に提唱した原子模型で周期表の性質を理論的に説明した物理学者は？
ニールス・ボーア
この理論によって、元素の性質は電子配置に左右され、電子の軌道が周期表の周期と対応していることが説明された。
Q 20第4周期で3d軌道よりも先に電子が満たされる傾向がある軌道は？
4s軌道
このためカリウムからニッケルまではM殻に空席がある状態でN殻に電子が配置され、これが最外殻として元素の性質を形作る。M殻内の電子同士が負電荷で反発することが原因と説明されている。
33
元素の数は1830年までに55種まで増え、化学者の間には「元素は一体何種類あるのか、何か法則性が隠れていないのか」という漠然とした不安が持ち上がっていた。
Q 251864年に原子容に着目して16列の周期表を考案したドイツの化学者は？
ロータル・マイヤー
この表は最外殻の電子数が同じ元素が近似した性質を持つことを表していた。彼は後にメンデレーエフの表に注目し、リチウム・ナトリウム・カリウムの原子容が前後の元素より飛びぬけて高いことを示す論文を発表している。
Q 26縦18列・横7段の現行の周期表の形式を1905年に提唱したスイス人は？
アルフレート・ヴェルナー
この形式では原子番号57〜71と89〜103の元素を欄外の2行にまとめて切り離して表示し、現在でも国際的な標準として使われている。
Q 27メンデレーエフの周期表がドイツの科学雑誌に発表されたのは何年？
1870年
発表当初、この表の価値を認める学者はほとんどいなかった。その後に作られた改良版の第二周期表ではローマ数字IからVIIIで縦の分類が施され、貴ガスはまだ反映されていなかった。
Q 28多くの新元素を含む鉱物群が1794年に発見されたスウェーデンの小村は？
イッテルビー
ここで見つかった元素はいずれもよく似た性質を持ち、希土類元素と呼ばれた。メンデレーエフの周期表ではどの族にも納まらず、長く意識され続けた問題だった。
Q 291860年にカールスルーエで史上初の国際化学者会議を開催したドイツ人は？
アウグスト・ケクレ
会議のテーマは「元素の質量測定」だった。出席したメンデレーエフは、イタリアのカニッツァーロが唱えた原子量を重視すべきだという主張に影響を受け、後の周期表につなげている。
Q 30円筒上の立体周期表「エレメンタッチ」を考案した京都大学教授は？
前野悦輝
平面の周期表では1族と18族が断絶しているように見えるが、本来この2つの族は原子番号が隣り合っており、螺旋状に連なるべきものを無理に平面で表示しているといえる。