跳转到内容

普通化学/元素性质的周期性

来自维基教科书,开放的书籍,开放的世界

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
元素 原子质量 密度
35.5 0.00156 g/cm3
79.9 0.00312 g/cm3
126.9 0.00495 g/cm3
 
40.1 1.55 g/cm3
87.6 2.6 g/cm3
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。


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
元素周期表的化学系列
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

  • 蓝色编号的元素在室温下是液体;
  • 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;
  • 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)。
  • 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。

华夏公益教科书