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元素周期表是根據(jù)原子序數(shù)從小至大排序的化學(xué)元素列表。列表大體呈長(zhǎng)方形,某些元素周期中留有空格,使特性相近的元素歸在同一族中,如鹵素、堿金屬元素、稀有氣體(惰性氣體或貴族氣體)、放射性元素等。這使周期表中形成元素分區(qū)且分有七主族、七副族與零族、八族。由于周期表能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)各種元素的特性及其之間的關(guān)系,因此它在化學(xué)及其他科學(xué)范疇中被廣泛使用,作為分析化學(xué)行為時(shí)十分有用的框架。俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫于1869年發(fā)明周期表,此后不斷有人提出各種類型周期表不下170余種,歸納起來(lái)主要有:短式表(以門捷列夫?yàn)榇恚、長(zhǎng)式表(維爾納式為代表)、特長(zhǎng)表(以波爾塔式為代表)。平面螺線表和圓形表(以達(dá)姆開(kāi)夫式為代表)。立體周期表(以萊西的圓錐柱立體表為代表)等。小學(xué)上長(zhǎng)期習(xí)用的是長(zhǎng)式周期表。2015年12月30日,IUPAC執(zhí)行理事林恩·瑟比表示,元素周期表將添四種新元素,并于2016年初將公布。
按照元素在周期表中的順序給元素編號(hào),得到原子序數(shù)。原子序數(shù)跟元素的原子結(jié)構(gòu)有如下關(guān)系:
質(zhì)子數(shù)=原子序數(shù)=核外電子數(shù)=核電荷數(shù)
利用周期表,門捷列夫成功的預(yù)測(cè)當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)的元素的特性(鎵、鈧、鍺)。1913年英國(guó)科學(xué)家莫色勒利用陰極射線撞擊金屬產(chǎn)生X射線,發(fā)現(xiàn)原子序越大,X射線的頻率就越高,因此他認(rèn)為核的正電荷決定了元素的化學(xué)性質(zhì),并把元素依照核內(nèi)正電荷(即質(zhì)子數(shù)或原子序)排列。后來(lái)又經(jīng)過(guò)多名科學(xué)家多年的修訂才形成當(dāng)代的周期表。
元素周期表中共有118種元素。將元素按照相對(duì)原子質(zhì)量由小到大依次排列,并將化學(xué)性質(zhì)相似的元素放在一個(gè)縱列。每一種元素都有一個(gè)序號(hào),大小恰好等于該元素原子的核內(nèi)質(zhì)子數(shù),這個(gè)序號(hào)稱為原子序數(shù)。在周期表中,元素是以元素的原子序排列,最小的排行最前。表中一橫行稱為一個(gè)周期,一列稱為一個(gè)族(8、9、10縱行為一個(gè)族)。
原子的核外電子排布和性質(zhì)有明顯的規(guī)律性,科學(xué)家們是按原子序數(shù)遞增排列,將電子層數(shù)相同的元素放在同一行,將最外層電子數(shù)相同的元素放在同一列。
元素周期表有7個(gè)周期,16個(gè)族。每一個(gè)橫行叫作一個(gè)周期,每一個(gè)縱行叫作一個(gè)族。這7個(gè)周期又可分成短周期(1、2、3)、長(zhǎng)周期(4、5、6)和不完全周期(7)。共有16個(gè)族,又分為7個(gè)主族(ⅠAⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA), 7個(gè)副族(ⅠB ⅡB ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB),一個(gè)第Ⅷ族(包括三個(gè)縱行),一個(gè)零族。
元素在周期表中的位置不僅反映了元素的原子結(jié)構(gòu),也顯示了元素性質(zhì)的遞變規(guī)律和元素之間的內(nèi)在聯(lián)系。使其構(gòu)成了一個(gè)完整的體系稱為化學(xué)發(fā)展的重要里程碑之一。
同一周期內(nèi),從左到右,元素核外電子層數(shù)相同,最外層電子數(shù)依次遞增,原子半徑遞減(零族元素除外)。失電子能力逐漸減弱,獲電子能力逐漸增強(qiáng),金屬性逐漸減弱,非金屬性逐漸增強(qiáng)。元素的最高正氧化數(shù)從左到右遞增(沒(méi)有正價(jià)的除外),最低負(fù)氧化數(shù)從左到右遞增(第一周期除外,第二周期的O、F元素除外)。
同一族中,由上而下,最外層電子數(shù)相同,核外電子層數(shù)逐漸增多,原子序數(shù)遞增,元素金屬性遞增,非金屬性遞減。
元素周期表的意義重大,科學(xué)家正是用此來(lái)尋找新型元素及化合物。
2015年12月30日,國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)宣布俄羅斯和美國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)已獲得充分的證據(jù),證明其發(fā)現(xiàn)了115、117和 118號(hào)元素。此外,該聯(lián)合會(huì)已認(rèn)可日本理化學(xué)研究所的科研人員發(fā)現(xiàn)了113號(hào)元素。兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)讓質(zhì)量較輕的核子相互撞擊,并跟蹤其后產(chǎn)生的放射性超重元素的衰變情況,合成了上述四種元素。
俄羅斯杜布納聯(lián)合原子核研究所與美國(guó)加利福尼亞勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員,已被確認(rèn)發(fā)現(xiàn)了115、117和118號(hào)元素。在2004 年和2007年展開(kāi)實(shí)驗(yàn)后,他們還聲稱發(fā)現(xiàn)了113號(hào)元素。
IUPAC執(zhí)行理事林恩·瑟比說(shuō),有關(guān)確認(rèn)新元素的報(bào)告將于2016年初公布。官方對(duì)這些元素的認(rèn)可意味著它們的發(fā)現(xiàn)者有權(quán)為其命名并設(shè)計(jì)符號(hào)。113號(hào)元素將成為首個(gè)由亞洲研究人員發(fā)現(xiàn)并命名的元素。
原子半徑
(1)除第1周期外,其他周期元素(惰性氣體元素除外)的原子半徑隨原子序數(shù)的遞增而減;
(2)同一族的元素從上到下,隨電子層數(shù)增多,原子半徑增大。
元素化合價(jià)
(1)除第1周期外,同周期從左到右,第二周期元素最高正價(jià)由堿金屬+1遞增到氮元素+5(氟無(wú)正價(jià),氧無(wú)+6價(jià)),其他周期元素最高正價(jià)由堿金屬+1遞增到+7,非金屬元素負(fù)價(jià)都由碳族-4遞增到-1。
(2)同一主族的元素的最高正價(jià)、負(fù)價(jià)均相同。
單質(zhì)的熔點(diǎn)
(1)同一周期元素隨原子序數(shù)的遞增,元素組成的金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)遞增,非金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)遞減;
(2)同一族元素從上到下,元素組成的金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)遞減,非金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)遞增。
元素的金屬性
(1)同一周期的元素從左到右金屬性遞減,非金屬性遞增;
(2)同一主族元素從上到下金屬性遞增,非金屬性遞減。
水化物酸堿性
元素的金屬性越強(qiáng),其最高價(jià)氧化物的水化物的堿性越強(qiáng);元素的非金屬性越強(qiáng),最高價(jià)氧化物的水化物的酸性越強(qiáng)。(F/Cl;O/S除外)
非金屬氣態(tài)
元素非金屬性越強(qiáng),氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定。同周期非金屬元素的非金屬性越強(qiáng),其氣態(tài)氫化物水溶液一般酸性越強(qiáng);同主族非金屬元素的非金屬性越強(qiáng),其氣態(tài)氫化物水溶液的酸性越弱。
單質(zhì)的氧化
一般元素的金屬性越強(qiáng),其單質(zhì)的還原性越強(qiáng),其氧化物的氧離子氧化性越弱;元素的非金屬性越強(qiáng),其單質(zhì)的氧化性越強(qiáng),其單原子陰離子的還原性越弱。
元素位置推斷
1、元素周期數(shù)等于核外電子層數(shù);
2、主族元素的序數(shù)等于最外層電子數(shù);
3、確定族數(shù)應(yīng)先確定是主族還是副族,其方法是采用原子序數(shù)逐步減去各周期的元素種數(shù),即可由最后的差數(shù)來(lái)確定。最后的差數(shù)就是族序數(shù),差為8、9、10時(shí)為VIII族,差數(shù)大于10時(shí),則再減去10,最后結(jié)果為族序數(shù)。
根據(jù)各周期所含的元素種類推斷,用原子序數(shù)減去各周期所含的元素種數(shù),當(dāng)結(jié)果為“0”時(shí),為零族;當(dāng)為正數(shù)時(shí),為周期表中從左向右數(shù)的縱行,如為“2”則為周期表中從左向右數(shù)的第二縱行,即第ⅡA族;當(dāng)為負(fù)數(shù)時(shí)其主族序數(shù)為8+結(jié)果。所以應(yīng)熟記各周期元素的種數(shù),即2、8、8、18、18、32、32。如:114號(hào)元素在周期表中的位置114-2-8-8-18-18-32-32=-4,8+(-4)=4,即為第七周期,第ⅣA族。
稀有氣體元素
稀有氣體也稱為惰性氣體 它們的化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定,不會(huì)和其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。稀有氣體主要為:氦(He) 氖(Ne) 氬(Ar)氪(Kr) 氡(Rn) 氙(Xe).
牢記稀有氣體元素的原子序數(shù):2、10、18、36、54、86,通過(guò)稀有氣體的位置,為某已知原子序數(shù)的元素定位。如:要推知33號(hào)元素的位置,因它在18和36之間,所以必在第4周期,由36號(hào)往左數(shù),應(yīng)在ⅤA族。
現(xiàn)代化學(xué)的元素周期律是1869年俄國(guó)科學(xué)家門捷列夫(Dmitri Mendeleev)首創(chuàng)的,他將當(dāng)時(shí)已知的63種元素依相對(duì)原子質(zhì)量大小并以表的形式排列,把有相似化學(xué)性質(zhì)的元素放在同一列,制成元素周期表的雛形。經(jīng)過(guò)多年修訂后才成為當(dāng)代的周期表。在周期表中,元素是以元素的原子序排列,最小的排行最先。表中一橫行稱為一個(gè)周期,一列稱為一個(gè)族。
原子半徑由左到右依次減小,上到下依次增大。
在化學(xué)教科書和字典中,都附有一張“元素周期表(英文:the periodic table)”。這張表揭示了物質(zhì)世界的秘密,把一些看來(lái)似乎互不相關(guān)的元素統(tǒng)一起來(lái),組成了一個(gè)完整的自然體系。它的發(fā)明,是近代化學(xué)史上的一個(gè)創(chuàng)舉,對(duì)于促進(jìn)化學(xué)的發(fā)展,起了巨大的作用?吹竭@張表,人們便會(huì)想到它的最早發(fā)明者——門捷列夫。1869年,俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫按照相對(duì)原子質(zhì)量由小到大排列,將化學(xué)性質(zhì)相似的元素放在同一縱行,編制出第一張?jiān)刂芷诒。元素周期表揭示了化學(xué)元素之間的內(nèi)在聯(lián)系,使其構(gòu)成了一個(gè)完整的體系,成為化學(xué)發(fā)展史上的重要里程碑之一。隨著科學(xué)的發(fā)展,元素周期表中未知元素留下的空位先后被填滿。當(dāng)原子結(jié)構(gòu)的奧秘被發(fā)現(xiàn)時(shí),編排依據(jù)由相對(duì)原子質(zhì)量改為原子的質(zhì)子數(shù)﹙核外電子數(shù)或核電荷數(shù)﹚,形成現(xiàn)行的元素周期表。