普通化学/周期性和电子构型

周期表的区块

周期表不仅仅列出了元素。周期性是指在每一行或周期中，元素的特性都存在着规律。这是因为元素的排列部分基于它们的电子构型。碱金属和碱土金属分别具有一个和两个价电子（外层电子）。这些元素很容易失去电子形成键，因此非常活泼。这些元素属于周期表的s 区。p 区位于右侧，包含常见的非金属元素，如氯和氦。位于最右侧的惰性气体几乎不反应，因为它们具有八个价电子，这使得它们非常稳定。卤素位于惰性气体的左侧，很容易获得电子并与金属反应。s 区和 p 区构成了主族元素，也称为代表元素。d 区是最大的区块，包含过渡金属，如铜、铁和金。f 区位于底部，包含更稀有的金属，包括铀。同一族或家族中的元素具有相同的价电子构型，这使得它们在化学性质上具有相似性。

亚层排列

趋势的原因

钾具有许多内层电子；由于“屏蔽”效应，唯一的外部电子很容易被剥离。

存在某些现象导致周期性趋势的发生。在学习这些趋势之前，你必须了解它们。

有效核电荷

有效核电荷是作用于电子的正电荷量。它等于原子核中的质子数减去原子核与该电子之间的电子数。原子核吸引电子，但位于较低电子层的其他电子会排斥它（异性相吸，同性相斥）。

屏蔽效应

屏蔽（或筛选）效应与有效核电荷类似。内层电子会在一定程度上排斥价电子。电子层越多（周期表中每行对应一个新的电子层），屏蔽效应就越强。本质上，内层电子会屏蔽价电子，使其不受原子核正电荷的影响。

电子-电子斥力

当两个电子处于同一电子层时，它们之间会相互排斥。由于强烈的核吸引力，这种效应在很大程度上被抵消了，但它确实会导致同一电子层中的电子略微散开。较低的电子层更容易受到这种效应的影响，因为它们体积较小，允许电子相互作用更多。

库仑定律

库仑定律是一个方程式，用于确定两个带电粒子相互吸引或排斥的力的大小。它的公式为$F={\frac {kQ_{1}Q_{2}}{r^{2}}}$，其中 $Q$ 是电荷量，$r$ 是电荷之间的距离，$k$ 是一个常数。对于原子，电荷通常被描述为基本电荷 $e$ 的整数倍（质子为正，电子为负），基本电荷为 1.6022 x 10^-19 库仑。你可以看到，将距离加倍会使力减小到原来的四分之一。

元素周期表中的趋势

大多数元素在地球上自然存在。然而，所有超过铀（元素周期表中第 92 号元素）的元素被称为超铀元素，它们从未在实验室外出现过。大多数元素在 STP 下以固体或气体的形式存在。STP是指标准温度和压力，即 0° C 和 1 个大气压。只有两种元素在 STP 下以液体的形式存在：汞（Hg）和溴（Br）。

铋（Bi）是元素周期表中最后一个稳定的元素。所有比铋更重的元素都是放射性的，会衰变成更稳定的元素。然而，有些比铋更轻的元素也具有放射性。

原子半径

除了惰性气体之外，原子半径在元素周期表左侧更大，并且随着你从周期表左侧向右侧移动，原子半径逐渐减小。当你在一个族中向下移动时，半径会增大。

原子半径沿着周期减小是因为有效核电荷更大。原子半径沿着族增加是因为额外核心电子的屏蔽效应，以及存在另一个电子层。

离子半径

对于非金属，离子比原子更大，因为离子有额外的电子。对于金属，则相反。

额外的电子（负离子，称为阴离子）会导致额外的电子间排斥，使它们更分散。更少的电子（正离子，称为阳离子）会导致更少的排斥，使它们更靠近。

电离能

电离能也是元素周期表中的一种周期性趋势。在周期表中从左到右移动或从下到上移动，第一电离能通常会增加。随着原子半径减小，从更靠近带正电的原子核的电子中移除电子变得更加困难。

电离能从右到左移动减少，因为使电子被吸引到原子核的有效核电荷较低，因此从原子中移除一个电子所需的能量更少。电离能沿着族向下移动减少，因为屏蔽效应。记住库仑定律：随着原子核与电子之间距离的增加，力以二次方速率减小。

电离能的周期性趋势。每个周期都从碱金属的最小值开始，在惰性气体的最大值处结束。

电离能被认为是衡量原子或离子失去电子的趋势，或电子结合强度的指标；电离能越大，就越难移除电子。电离能可以作为元素反应性的指标。具有低电离能的元素往往是还原剂，并形成阳离子，而阳离子又与阴离子结合形成盐。

电子亲和能

电子亲和能是将一个电子添加到原子中形成负离子时释放的能量。

电子亲和能左上角最高，右下角最低。然而，惰性气体的电子亲和能实际上是负的。它们已经具有完整的价电子层，因此它们的轨道中没有空间容纳另一个电子。添加电子将需要创建一个全新的电子层，这会消耗能量而不是释放能量。其他一些元素的电子亲和能也非常低，因为它们已经处于稳定的配置，添加电子会降低稳定性。

电子亲和能的发生原因与电离能相同。

电负性

电负性是指原子在键中吸引电子的能力。它用一个数值刻度来衡量，氟的电负性为 4.0，而钫的电负性为 0.7。电负性从右上角到左下角递减。

电负性下降是因为原子半径、屏蔽效应和有效核电荷的相同方式，就像电离能下降一样。

金属性

金属元素具有光泽，通常呈灰色或银色，是良好的热和电导体。它们具有延展性（可以锤成薄片），并且具有延展性（可以拉成细丝）。一些金属，比如钠，很软，可以用刀子切割。而另一些，比如铁，则非常坚硬。非金属原子是无光泽的，通常是彩色或无色的，而且导电性差。它们在固态时很脆，而且许多在标准状态下是气体。金属在成键时会释放它们的价电子，而非金属会吸收电子。

金属位于元素周期表左侧和中央，在 s 区、d 区和 f 区。贫金属和类金属（介于金属和非金属之间）位于 p 区的左下方。非金属位于表格的右侧。

金属性从右到左、从上到下递增。非金属性则正好相反。这是因为其他趋势：电离能、电子亲和力和电负性。

• 金属/非金属
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  钠，非常金属
• 
  硫，非常非金属