元素周期表是根據(jù)元素周期律,亦就是是想據(jù)元素性質(zhì)的周期性變化而排成的.因此,從元素周期表,我們就可以更有系統(tǒng)地來(lái)認(rèn)識(shí)元素性質(zhì)變化的規(guī)律性,為進(jìn)一步學(xué)好化學(xué)提供有利的條件.
1.同周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律在同一周期里,隨著原子序數(shù)(核電荷數(shù))的遞增,元素的性質(zhì)起著規(guī)律性的變化這主要表現(xiàn)在元素的金屬性質(zhì)與非金屬性質(zhì)的遞變上.原子得失電子的難易,可以衡量元素的金屬性質(zhì)與非金屬性質(zhì)的強(qiáng)弱.例如,第三周期里各元素的原子核外都有三個(gè)電子層,第一,第二兩層里的電子數(shù)相同,最外電子層(第層)里的電子數(shù)從鈉到氯是從1個(gè)依次增加到7個(gè).
我們知道,原子核帶有正電荷,電子帶有負(fù)電荷,它們之間有吸引力(靜電引力).如果核電荷和電子都逐步增加,那末引力亦將逐漸增強(qiáng).由于在同一周期里電子層數(shù)相同,最外電子層上的電子由少而多,因此隨著核電荷的增加,核對(duì)最外電子層上的電子的引力逐漸增強(qiáng),使原子失去電子的傾向減小,從其他原子獲得電子的傾向增大,因而表現(xiàn)在性質(zhì)上,從表里自左向右的元素的金屬性逐漸減弱弱,非金屬性逐漸增強(qiáng)。
再有,元素的金屬性越強(qiáng),它的最高價(jià)氧化物的水化物的堿性也越強(qiáng);元素的非金屬性越強(qiáng),它的最高價(jià)氧化物的水化物的酸性也越強(qiáng).這樣,在同一個(gè)周期里,表中自左向右元素所成的最高價(jià)氧化物的水化物的堿性逐漸減弱,酸性逐漸增強(qiáng).
和短周期元素的性質(zhì)遞變一樣,長(zhǎng)周期元素的性質(zhì)也從最強(qiáng)的金屬性向最強(qiáng)的非金屬性過渡,最后以惰性氣體結(jié)尾但長(zhǎng)周期中部的元素,當(dāng)它們核電荷數(shù)增加時(shí),核外電子逐個(gè)增加在次外層,而不是增加在最外層,這樣,長(zhǎng)周期里元素的金屬性的減弱就比短周期慢得多,這也就是長(zhǎng)周周期里金屬元素比較多的原因,
總上所述:我們可以知道,同周期元素自左向右金屬性逐漸減弱,非金屬性逐漸增強(qiáng).
2.同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律在同一主族里,隨著原子序數(shù)的遞增,元素的性質(zhì)也有規(guī)律地變化著.我們?cè)趯W(xué)習(xí)鹵族和氧族時(shí)已看到這種規(guī)律性(§1·11,§2-6),不過當(dāng)時(shí)是以同主族元素的原子量遞增來(lái)說(shuō)明的.現(xiàn)在我們知道了元素的原子量的遞增與原子核電荷數(shù)的遞增有著密切的關(guān)系,而元素的化學(xué)性質(zhì)和原子核所帶核電荷數(shù)有關(guān),所以從本質(zhì)上來(lái)看,同主族元素性質(zhì)變化的規(guī)律性是由元素原子核所帶核電荷數(shù)的遞增而引起的。
在同一主族元素里,它們最外電子層里的電子數(shù)是相同的.因此在參加化學(xué)反應(yīng)時(shí),傾向獲得或失去的電子數(shù)也就相同,所以它們的化合價(jià)都相同,化學(xué)性質(zhì)都相相似似.例如,鹵族元素常見的化合價(jià)都是一1價(jià),氧族元素常見的化合價(jià)都是-2價(jià).但在同一主族里,元素的原子序數(shù)在遞增,核外的電子數(shù)也在遞增,雖然最外電子層上的電子數(shù)相同,但電子層數(shù)在遞增,原子核對(duì)最外電子層上電子的引力就越來(lái)越弱,失去最外電子層上電子的傾向也就越來(lái)越強(qiáng),而獲得電子的傾向卻越來(lái)越弱.這樣,在同一主族里,隨著原子序數(shù)的遞增,在周期表里的元素,自上而下金屬性遞增而非金屬性遞減,例如鹵族元素電子層數(shù)按氟、氯、溴、碘、砹的次序增加,這樣獲得電子的能力必然是氟最強(qiáng),依次為氯、溴、碘和砹,也就是說(shuō),它們的非金屬性在逐漸減弱;金屬性在逐漸增強(qiáng)。
由于副族元素的原子結(jié)構(gòu)與主族元素的原子結(jié)構(gòu)有些不同,副族元素性質(zhì)遞變的規(guī)律,就和主族元素不完全相同,它們性質(zhì)的變化情況比較復(fù)雜,這里不作介紹了。
總結(jié)以上所述,在周期表里,從左到右和從上到下各元素性質(zhì)遞變規(guī)律可用表3·5來(lái)表示:
根據(jù)這種遞變規(guī)律,在周期表的左邊和下邊排列著元素,并且越往左下方(長(zhǎng)周期部分)金屬性越強(qiáng),在左下方的鈁(Fr)是最活動(dòng)的金屬元素,周期表的右邊和上邊(短周期部分)排列著非金屬元素(零族除外),在右上方的氟是最活動(dòng)的非金屬元素。
根據(jù)元素的原子結(jié)構(gòu)和元素周期律的關(guān)系,我們就可以很容易地來(lái)推測(cè)某一個(gè)元素的金屬性,非金屬性,正負(fù)化合價(jià),最高價(jià)氧化物的分子式和最高價(jià)氧化物的水化物的分子式以及它們的酸堿性,有無(wú)氣態(tài)氫化物和氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性等.
例如,氯的原子序數(shù)為17,那末氯的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖是:
(+17) )2 )8 )7
從這個(gè)簡(jiǎn)圖可以說(shuō)明
(1)根據(jù)電子層數(shù)等于周期數(shù),最外電子層上的電子數(shù)等于所屬主族數(shù),可以知道,這元素在周期表中處于第三周期,第Ⅶ主族族.并由于最外電子層上的電子數(shù)已達(dá)7個(gè),它傾向于獲得電子,所以是一個(gè)非金屬元素。
(2)根據(jù)最外電子層上的電子數(shù)等于最高正化合價(jià)數(shù),可以知道,這元素的最高正化合價(jià)為+7價(jià),最高價(jià)氧化物的分子式是Cl2O2對(duì)應(yīng)水化物的分子式為HCIO2,具酸性。
(3)這元素是第Ⅳ主族以后的元素,能生成氣態(tài)氫化物.負(fù)化合價(jià)為8一7=1,故氣態(tài)氫化物的分子式為HCl,穩(wěn)定性較同族里上一個(gè)元素氟所成的氟化氫(HF)為差。
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