普通化学/元素性质的周期性
元素周期表是已知化学元素的展示,按电子结构排列,因此许多化学性质|化学性质在整个表格中规律变化。
最初的表格是在不了解原子|原子的内部结构的情况下创建的:如果按原子质量对元素进行排序,然后将某些其他性质绘制成原子质量的函数,你会看到这些性质作为原子质量的函数出现起伏或周期性。第一个认识到这些规律的是德国化学家约翰·沃尔夫冈·德贝莱纳,他在 1829 年注意到许多具有相似元素的三元组
一些三元组 | ||
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元素 | 原子质量 | 密度 |
氯 | 35.5 | 0.00156 g/cm3 |
溴 | 79.9 | 0.00312 g/cm3 |
碘 | 126.9 | 0.00495 g/cm3 |
钙 | 40.1 | 1.55 g/cm3 |
锶 | 87.6 | 2.6 g/cm3 |
钡 | 137 | 3.5 g/cm3 |
随后是英国化学家约翰·亚历山大·雷纳·纽兰兹,他在 1865 年注意到相似类型的元素每隔八个元素出现一次,他将其比作音乐中的八度|八度,尽管他的八度律遭到当时人的嘲笑。最后,在 1869 年,德国化学家洛塔尔·迈耶和俄罗斯化学家德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫几乎同时开发了第一个元素周期表,按质量对元素进行排列。然而,门捷列夫为了更好地匹配元素在表格中与其相邻元素的性质,将少数元素从严格的质量顺序中剔除,纠正了几个原子质量值的错误,并预测了表格中空单元格中一些新元素的存在及其性质。门捷列夫后来在 19 世纪|19 世纪末和 20 世纪初元素电子结构被发现后得到了证实。
元素列表 按名称|按名称的元素列表、按符号|按符号的元素列表以及按编号|按原子编号的元素列表均可获得。下图显示了目前已知的元素周期表。每个元素都按其原子编号和化学符号列出。同一列(“元素周期表族|族”)中的元素在化学性质上相似。
族 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||
周期 | ||||||||||||||||||||
1 | 1 H |
2 He | ||||||||||||||||||
2 | 3 Li |
4 Be |
5 B |
6 C |
7 N |
8 O |
9 F |
10 Ne | ||||||||||||
3 | 11 Na |
12 Mg |
13 Al |
14 Si |
15 P |
16 S |
17 Cl |
18 Ar | ||||||||||||
4 | 19 K |
20 Ca |
21 Sc |
22 Ti |
23 V |
24 Cr |
25 Mn |
26 Fe |
27 Co |
28 Ni |
29 Cu |
30 Zn |
31 Ga |
32 Ge |
33 As |
34 Se |
35 Br |
36 Kr | ||
5 | 37 Rb |
38 Sr |
39 Y |
40 Zr |
41 Nb |
42 Mo |
43 Tc |
44 Ru |
45 Rh |
46 Pd |
47 Ag |
48 Cd |
49 In |
50 Sn |
51 Sb |
52 Te |
53 I |
54 Xe | ||
6 | 55 Cs |
56 Ba |
* |
71 Lu |
72 Hf |
73 Ta |
74 W |
75 Re |
76 Os |
77 Ir |
78 Pt |
79 Au |
80 Hg |
81 Tl |
82 Pb |
83 Bi |
84 Po |
85 At |
86 Rn | |
7 | 87 Fr |
88 Ra |
* * |
103 Lr |
104 Rf |
105 Db |
106 Sg |
107 Bh |
108 Hs |
109 Mt |
110 Ds |
111 Uuu |
112 Uub |
113 Uut |
114 Uuq |
115 Uup |
116 Uuh |
117 Uus |
118 Uuo | |
* 镧系元素 | 57 La |
58 Ce |
59 Pr |
60 Nd |
61 Pm |
62 Sm |
63 Eu |
64 Gd |
65 Tb |
66 Dy |
67 Ho |
68 Er |
69 Tm |
70 Yb | ||||||
** 锕系元素 | 89 Ac |
90 Th |
91 Pa |
92 U |
93 Np |
94 Pu |
95 Am |
96 Cm |
97 Bk |
98 Cf |
99 Es |
100 Fm |
101 Md |
102 No |
碱金属 | 碱土金属 | 镧系元素 | 锕系元素 | 过渡金属 |
贫金属 | 类金属 | 非金属 | 卤素 | 惰性气体 |
原子序数的颜色编码
- 用蓝色编号的元素在室温下是液体;
- 用绿色编号的元素在室温下是气体;
- 用黑色编号的元素在室温下是固体;
- 用红色编号的元素是合成元素,自然界不存在(所有元素在室温下都是固体)。
- 用灰色编号的元素尚未被发现(它们也具有柔和的填充颜色,表示它们可能属于的化学系列)。
原子具有多少个电子层|电子层决定了它属于哪个周期。每个电子层被分成不同的亚层,随着原子序数的增加,这些亚层大致按以下顺序填充
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s 5g 6f 7d 8p ...
因此表格的结构。由于最外层的电子决定了化学性质,因此这些性质在族内往往相似。族内相邻元素具有相似的物理性质,尽管它们在质量上存在很大差异。周期内相邻元素具有相似的质量,但性质不同。
例如,在图表中第二周期的氮 (N) 附近是碳 (C) 和氧 (O)。尽管它们的质量相似(它们只相差几个原子质量单位),但它们的性质却截然不同,这可以通过观察它们的同素异形体|同素异形体来证明:双原子氧是一种支持燃烧的气体,双原子氮是一种不支持燃烧的气体,而碳是一种可以燃烧的固体(是的,金刚石|金刚石可以燃烧!)。
相反,在图表中倒数第二组(卤素|卤素)的氯 (Cl) 附近是氟 (F) 和溴 (Br)。尽管它们在族内质量差异很大,但它们的同素异形体具有非常相似的性质:它们都具有很高的腐蚀性|腐蚀性(这意味着它们很容易与金属|金属结合形成金属卤化物盐|盐);氯和氟是气体,而溴是一种沸点很低的液体;氯和溴至少是高度有色的。