因而,我们可以把元素周期系的周期发展形象地比喻成螺壳上 的螺旋(如图1-15) hic 图1-15元紫间期系的期发展像螺充上的螺旋 元素周期表的结构与原子结构的关系是最基本的化学知识 ,把握它们之间的关系,就好比拿到一把开启元素大门的 阴匙 科学 考察元素周期表,探究下列问题: 1,元素周期表共有几个周期?每个周期各有多少种元素?①d区只有两列,第11列铜 写出每个周期升头第一个元素和结尾元素的最外屡电子的排 银、金和第12列锌、锅、荥,由于该 区开始的第11列铜、银、金按构造愿 布式的通式。为什么第一周期结尾元素的电子排布跟其他周理的电子排布应为(-1)d,而事 期不同? 实上是(-1)dvs,可理解为先壇 满了(-1)d能级而后再壇充5能级 2,元素周期表共有多少个纵列?周期表上元素的“外围因而得名d区, 电子排布”筒称“价电子层”,这是由于这些能级上的电子数 可在化学反应中发生变化。每个纵列的价电子层的电子总数是 相等? 3,按电子排布,可把周期表里的元素划分成5个区,如 图1-16所示。除d5①区外,区的名称来自按构造原理最后填 电子的能级的符号。5区、d区和p区分别有几个级列?为 汁什么5区、d区和ds区的元素郡是金属? 4.元素周期表可分为哪些族?为什么副族元素又称为过图15元慧同期表分区的简图
渡元素 5,为什么在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角 区内(如图1-17)? 6,处于非金属三角区边缘的元素常被称为半金属或准金 图 属。为什么? 图1-17元紫期表中的非金属三角区 学史话 第一张元素周期表 1829年德国化学家德贝菜納(J, Dobereiner)发现当时已知的44种元素中有15种元素可分 成5组,每组的三个元素性质相似,而且中间元素的相对原子质量约为较轻和较重的两个元素相 原子质量之和的一半。例如,钙、锪、铡性质相似,锶的相对原子质量大约是钙和铡的相对原 子质量之和的一半。氯、溴、映,俚、钠、钾等组元素的惰况类似,由龀提出了“三素组”的概 念,为发现元素性质的规律性打下了基础 1859年,24岁的俄国彼得堡大学年轻讲师门捷列夫来到 德国海德堡大学本生的实验室进修。当年,本生和基尔霍夫 发明了光语仪,用光语发现了一些新元素,锨起一股发现新 元素热。次年,门捷列夫出席了在化学史上具有里程牌意义 的德国卡尔斯鲁厄化学大会。门犍列夫园忆道:“我的周期律 的决定性时刻在1B60年,我……在会上我聆听了意大利化学 家廉尼查罗的演讲……正是当时,元素的性质随原子量(相 对原子质量〕递增兩呈现周期性变化的基本忍冲击了我。” 此后,门犍列夫为使他的尽想信念转化为科学理论,作出了 图1-18门使列安 10年艰苦卓绝的努力,系统地研究了元素的性质,按照椰 ghaelyeY13-10对原子质量的大小,将元素腓威序,终于发现了元素周斓 津——元素的性质随相对原子质量的递增发生周期性的递变 在门捷列夫时代,没有任何原子结构的知识,已如元素只有63种,元素大家族的信息并 不完整,而且当时公认的许多元素的相对原子质量和化合价是锴误的,确定元素在周期系中的 次序——原子序数是十分因难的。门捷列夫通过对比元素的性质和相对原子质量的大小,重新 测定了一些元素的相对原子质量,光后调整了17种元素的序列。例如,门捷列夫利用他人的 成果,确认应将铍的相对原子质量从14纠正为9,使元素按相对原子质量递增的序位从H 一B-C-N一Be-O-F纠正为H-Li-Be-B-C-N-O-F。经过诸如此类的调整元素 顺序,元素性质的周期性递变规律才呈现出来:从到氟,金属性渐次下降,非会属性渐次熠; 强,从典型金属递变为典型非金属;序列中元素的化合价的渐变规律也得以显憝:从锂到氮 正化合价从十1递增到十5;从碳到氟,负化合价从-4下降为-1。门捷列夫敏感地认识到当时 如的63元素返非整个元素大家,大胆地预言了11种尚未发现的元素为它们在相对原
子质量序列中留下空拉,顸言了它们的性质,并于1869年发 表了第一张元素周期袭 佼得一提的是,敢于宣布自己发现了一条普遍规律,创 造一个理论,是需要很大勇气的。早在1864年,德国化学家 聊6 迈郎尔(LMeyεr)在他的《现代化学理论》一书中已明确指 出:“在原子量的敛值上存在一种规律性,这是毫无疑义的。” 人解M北高 cE题 A角nK 且他在该书中画了一张跟门捷列夫第一张周期表十分相似 4从“4界 的元素表格;他还于1870年发表了一张比1869年门捷列夫 发表的周期表更完整的元素周期表。1880年,马耶尔垣言 通:“我有足够的勇气去作出像门挾列夫那样深怙不疑的( 结坐器 预言。”他之所以没有勇气,在他1870年发表的有关元素周 配,如本脚 期性的文章里有答業,他说:“在差不多每天都有许多新事 物出现的领域里,任何概指性的新学说随时都会碰到一些事染 实,它们把这一学说加以否定。这种危险的确是存在的… 因此我们必须特别小心,”迈耶尔比门捷列夫早几年也在本朗19169年门使列夫发表的 第一张元索同期表 生的实验室里工作过。 图1-19绔出的门捷列夫发表的周期表对我们来说,已经不太好懂了,因为它并不完整 例如,门犊列夫周期表里没有稀有气体,后来的牝学发现终于使门捷列夫元素周期系变得完 整,到1905年,维尔的(A. Werner,1913年诺贝尔奖获得者)制威了现代形式的元素周 期表,兩当时还不知道原子序数的实在物理意义。1913年,莢国物理学家莫斯菜发现,门 列夫周期表里的原子序歙原来是原子的核电荷救。从此,元素周期律被表述为:元素的性 质随核电荷歙递增发生周期性的递变 二、元素周期律 学与问 元素周期表中,同周期的主族元素从左到右,最高化合价 和最低化合价、金属性和非金属性的变化有什么规律? 元素的性质随核电荷数递增发生周期性的递变,称为元素 周期律。元素周期律的内涵丰富多样,下面,我们来讨论原子 泮径、电离能和电负性的周期性变化。 1.原子半径 原子半径的大小取决于两个相反的因素:一是电子的能层 数:另一个因素是核电荷数,显然,电子的能层越多,电子之
间的负电排斥将使原子的半径增天;而核电荷数越大,核对电 子的引力也就越大,将使原子的半径缩小。这两个因素综合的 结果使各种原子的半径发生周期性的递变,例如,主族元素的 原子半径如图1-20所示 B B已N OOOOOOO 图1-20主族元原子半径的剂期性变化 导写 元素周期表中的同周期主族元素从左到右,原子半径的变 化趋势如何?应如何理解这种趋势?周期表中的同主親元素从 上到下,原子半径的变化趋势如何?应如何理解这种趋势? 2.电离能 气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子 电离能 anzat ion energy所需要的最低能量叫做第一电离能。上述表述中的“气态 “基态”“电中性”“失去一个电子”等都是保证“最低能量 的条件 原子的第一电离能随核电荷数递增有什么规律呢?请考察 图1-21 从图1-21可见,每个周期的第一个元素(氢和碱金属 第一电离能最小,最后一个元素(稀有气体)的第一电离能最 大;同族元素从上到下第一电离能变小(如He、Ne,Ar Kr、Xe、Rn的第一电离能依次下降,H、Li,Na、K,Rb Cs的第二电离能也次玉降
一电赠/ Imol He 200 N 1 N I 声 ME N Al Y Ba 02461012141B2222422333338 525 屎千序数 图1-21元素的第一电高能的期性 学与间 1.碱金属的电离能与域金属的活泼性存在什么联系? 2.下表的数据从上到下是钠、镁、铝逐级失去电子的电 离能。 Na Mg 鸟 d96 738 578 4562 1451 1817 6912 7733 2745 电能 11575 k 9543 1D 54D 13353 1363D 1483D 1661D 17995 18376 2D114 21703 23293 为什么原子的绶级电离能越来越大?这些数据跟钠、镁、 铝的化合价有什么联系?