有如我們在前面已講過的,元素化學(xué)性質(zhì)的差異主要是由于三個(gè)恃征上的差異引引起的;(a)核電荷的大小和核外売層電子數(shù)的多少,它們都等于原子序數(shù)。(b)電子層的數(shù)目和電子層中的電子數(shù),特別是價(jià)電子層的電子數(shù)。(c)各電子層之間和電子層與核之間的距離。
1.原子半徑的變遷一般而言,在周期表中各周期從左到右,每個(gè)元素素的原子半徑(假設(shè)原子是球形的)比它前面一個(gè)元素的原子半徑小。不過,在各周期末尾的惰性氣體都比前面一個(gè)原子序數(shù)低的元素有較大的原子半徑,在單質(zhì)狀態(tài)下,惰性氣體有完滿的最外層結(jié)構(gòu)。
在周期表中每個(gè)元素(除第一個(gè)元素氫之外)的核電荷數(shù)比它前面一個(gè)元素多一個(gè)正電荷。盡管在各周期中電子層數(shù)是不變的每個(gè)元素的核外電子數(shù)也比它前面一個(gè)元素多一個(gè)電子。一般而言,在一個(gè)給定的周期內(nèi),元素的核電荷越大和核外電子數(shù)越多則核電荷對電子的靜電吸引也越大。因此,從理論上說,這就造成沿著周期原子半徑的變小。
原子半徑是以固態(tài)物質(zhì)原子核間距的測量為依據(jù)的。一般來說,強(qiáng)的化學(xué)鍵使固體狀態(tài)中原子結(jié)合得更靠近。不過對惰性氣體如來說,僅有徽弱的靜電引力把原子結(jié)合到一起。這個(gè)力叫做范徳華力,它是一個(gè)原子的正電荷對相鄰原子電子云的吸引力。這樣造成了這些元素有異常大的核間距和原子半徑。
在第三周期(和其他周期)高度金屬性(例如鈉)遞變到高度非金屬性(例如氯),可用本周期內(nèi)元素原子半徑的逐漸變小來解釋(參見表7-1)。各元素的金屬性依次減弱的趨勢,是因?yàn)閮r(jià)電子隨著它們與核間距的逐漸減小而變得愈來愈難于丟失,而核對其他原子的電子的吸引力卻變大了。
周期表的各族元素從上而下,下面的元素具有逐漸增大的原子半徑,因?yàn)殡娮訉訑?shù)增多了(表7-2)。隨著原子大小和原子量的增加,這些元素的金屬性依次增強(qiáng)(更容易失去價(jià)電子)。盡管在同族中由上向下原子的核電荷是增加了,但由于
中間電子層數(shù)的增多,被核結(jié)合得越來越不牢固。鈁是IA族最活潑金屬元素和鐳是IA族最活潑的金屬元素。盡管IA、VA、VIA和ⅢA族開頭的元素是非金屬元素碳、氮、氧和氟,一般仍可看到在族中從上向下有同樣向金屬性過渡的趨勢。鉛(Pb)、鉍(Bi)、釙(Po)和砹(At)至少在某種程度上都表現(xiàn)有金屬性。
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