1869年,門捷列夫?qū)?dāng)時(shí)已知的63種元素進(jìn)行分族,將全部已知元素按原子量遞增順序排列起來,得到了第一個(gè)元素周期表,發(fā)現(xiàn)了元素性質(zhì)變化的一些周期性規(guī)律。在化學(xué)的系統(tǒng)化過程中,元素周期律的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)重要的里程碑,它將許多似乎互不相干的事實(shí)用一個(gè)共同的原則聯(lián)系起來,并且指出研究方向。之后,新的元素不斷發(fā)現(xiàn),元素周期表不斷完善。
元素周期律是原子中電子層結(jié)構(gòu)周期性變化的必然結(jié)果。下面聯(lián)系前面講過的原子結(jié)構(gòu)理論來闡述元素周期表。
周期
在元素周期表中,把元素分為七個(gè)橫行,每一橫行稱為一個(gè)周期。每個(gè)元素所屬的周期是由其基態(tài)原子能量最高的電子所在的能級(jí)組的序號(hào)所決定的(參見圖4-5)。各周期中元素的數(shù)目是相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道可容納的電子總數(shù),因此各周期所含元素的數(shù)目分別為:2、8、8、18、32、26(未完)。每一周期都以ns1開始,以稀有氣體(價(jià)電子排布為ns2np6,He例外為1s2)結(jié)束。
族
元素周期表共有18個(gè)縱行,包括:7個(gè)主族(ⅠA~ⅦA),7個(gè)副族(ⅠB~ⅦB),1個(gè)第Ⅷ族和1個(gè)0族,共16個(gè)族。同族元素具有相同的價(jià)層電子構(gòu)型。主(A)族元素原子,最后填人電子的亞層為s或p亞層,因此價(jià)層電子構(gòu)型特征為:ns1~2(ⅠA、ⅡA)和ns2np1~5(ⅢA~ⅦA);副族元素(又稱為過渡元素)原子,電子最后填入的亞層為d或f亞層,其中填入f亞層的又稱為內(nèi)過渡元素,價(jià)層電子構(gòu)型特征分別為:(n-1)d1~10ns0~2和(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2。零族元素的價(jià)層電子構(gòu)型為:ns2np6(其中He為1s2)。綜上所述,元素在周期表中所處的族族數(shù)就等于其價(jià)層電子構(gòu)型中電子的總數(shù)(ⅠB、ⅡB、第Ⅷ族和零族元素除外)。
區(qū)
根據(jù)元素原子價(jià)層電子構(gòu)型的不同,可把全部元素分為五個(gè)區(qū):s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)和f區(qū)。見表4-2。
因此,已知一個(gè)元素的原子序數(shù),可以推知它的電子層結(jié)構(gòu)以及在周期表中的位置。反之,若已知某元素所處的周期與族,也可推知其電子層結(jié)構(gòu)、原子序數(shù)以及元素名稱。例如已知Cd元素原子序數(shù)為48,其電子排布為[Kr]4d105s2,所在周期為第五周期,族號(hào)數(shù)為第ⅡB族,屬于ds區(qū)過渡元素。
例4-2 已知某元素基態(tài)原子電子排布為[Kr]4d(?)5s(?)5p2,寫出該元素的元素符號(hào),并指出其所在的周期、族和區(qū)。
解:電子在5p亞層填填入2電子,比5p亞層能量低的各亞層應(yīng)該已充滿,電子構(gòu)型為:[Kr]4d105s25p2,原子序數(shù)=36+10+2+2=50,該元素屬于第五周期,ⅣA,p區(qū),為50號(hào)元素Sn。