普通化學/週期性和電子構型

週期表的區塊

週期表不僅僅列出了元素。週期性是指在每一行或週期中，元素的特性都存在著規律。這是因為元素的排列部分基於它們的電子構型。鹼金屬和鹼土金屬分別具有一個和兩個價電子（外層電子）。這些元素很容易失去電子形成鍵，因此非常活潑。這些元素屬於週期表的s 區。p 區位於右側，包含常見的非金屬元素，如氯和氦。位於最右側的惰性氣體幾乎不反應，因為它們具有八個價電子，這使得它們非常穩定。鹵素位於惰性氣體的左側，很容易獲得電子並與金屬反應。s 區和 p 區構成了主族元素，也稱為代表元素。d 區是最大的區塊，包含過渡金屬，如銅、鐵和金。f 區位於底部，包含更稀有的金屬，包括鈾。同一族或家族中的元素具有相同的價電子構型，這使得它們在化學性質上具有相似性。

亞層排列

趨勢的原因

鉀具有許多內層電子；由於“遮蔽”效應，唯一的外部電子很容易被剝離。

存在某些現象導致週期性趨勢的發生。在學習這些趨勢之前，你必須瞭解它們。

有效核電荷

有效核電荷是作用於電子的正電荷量。它等於原子核中的質子數減去原子核與該電子之間的電子數。原子核吸引電子，但位於較低電子層的其他電子會排斥它（異性相吸，同性相斥）。

遮蔽效應

遮蔽（或篩選）效應與有效核電荷類似。內層電子會在一定程度上排斥價電子。電子層越多（週期表中每行對應一個新的電子層），遮蔽效應就越強。本質上，內層電子會遮蔽價電子，使其不受原子核正電荷的影響。

電子-電子斥力

當兩個電子處於同一電子層時，它們之間會相互排斥。由於強烈的核吸引力，這種效應在很大程度上被抵消了，但它確實會導致同一電子層中的電子略微散開。較低的電子層更容易受到這種效應的影響，因為它們體積較小，允許電子相互作用更多。

庫侖定律

庫侖定律是一個方程式，用於確定兩個帶電粒子相互吸引或排斥的力的大小。它的公式為$F={\frac {kQ_{1}Q_{2}}{r^{2}}}$，其中 $Q$ 是電荷量，$r$ 是電荷之間的距離，$k$ 是一個常數。對於原子，電荷通常被描述為基本電荷 $e$ 的整數倍（質子為正，電子為負），基本電荷為 1.6022 x 10^-19 庫侖。你可以看到，將距離加倍會使力減小到原來的四分之一。

元素週期表中的趨勢

大多數元素在地球上自然存在。然而，所有超過鈾（元素週期表中第 92 號元素）的元素被稱為超鈾元素，它們從未在實驗室外出現過。大多數元素在 STP 下以固體或氣體的形式存在。STP是指標準溫度和壓力，即 0° C 和 1 個大氣壓。只有兩種元素在 STP 下以液體的形式存在：汞（Hg）和溴（Br）。

鉍（Bi）是元素週期表中最後一個穩定的元素。所有比鉍更重的元素都是放射性的，會衰變成更穩定的元素。然而，有些比鉍更輕的元素也具有放射性。

原子半徑

除了惰性氣體之外，原子半徑在元素週期表左側更大，並且隨著你從週期表左側向右側移動，原子半徑逐漸減小。當你在一個族中向下移動時，半徑會增大。

原子半徑沿著週期減小是因為有效核電荷更大。原子半徑沿著族增加是因為額外核心電子的遮蔽效應，以及存在另一個電子層。

離子半徑

對於非金屬，離子比原子更大，因為離子有額外的電子。對於金屬，則相反。

額外的電子（負離子，稱為陰離子）會導致額外的電子間排斥，使它們更分散。更少的電子（正離子，稱為陽離子）會導致更少的排斥，使它們更靠近。

電離能

電離能也是元素週期表中的一種週期性趨勢。在週期表中從左到右移動或從下到上移動，第一電離能通常會增加。隨著原子半徑減小，從更靠近帶正電的原子核的電子中移除電子變得更加困難。

電離能從右到左移動減少，因為使電子被吸引到原子核的有效核電荷較低，因此從原子中移除一個電子所需的能量更少。電離能沿著族向下移動減少，因為遮蔽效應。記住庫侖定律：隨著原子核與電子之間距離的增加，力以二次方速率減小。

電離能的週期性趨勢。每個週期都從鹼金屬的最小值開始，在惰性氣體的最大值處結束。

電離能被認為是衡量原子或離子失去電子的趨勢，或電子結合強度的指標；電離能越大，就越難移除電子。電離能可以作為元素反應性的指標。具有低電離能的元素往往是還原劑，並形成陽離子，而陽離子又與陰離子結合形成鹽。

電子親和能

電子親和能是將一個電子新增到原子中形成負離子時釋放的能量。

電子親和能左上角最高，右下角最低。然而，惰性氣體的電子親和能實際上是負的。它們已經具有完整的價電子層，因此它們的軌道中沒有空間容納另一個電子。新增電子將需要建立一個全新的電子層，這會消耗能量而不是釋放能量。其他一些元素的電子親和能也非常低，因為它們已經處於穩定的配置，新增電子會降低穩定性。

電子親和能的發生原因與電離能相同。

電負性

電負性是指原子在鍵中吸引電子的能力。它用一個數值刻度來衡量，氟的電負性為 4.0，而鍅的電負性為 0.7。電負性從右上角到左下角遞減。

電負性下降是因為原子半徑、遮蔽效應和有效核電荷的相同方式，就像電離能下降一樣。

金屬性

金屬元素具有光澤，通常呈灰色或銀色，是良好的熱和電導體。它們具有延展性（可以錘成薄片），並且具有延展性（可以拉成細絲）。一些金屬，比如鈉，很軟，可以用刀子切割。而另一些，比如鐵，則非常堅硬。非金屬原子是無光澤的，通常是彩色或無色的，而且導電性差。它們在固態時很脆，而且許多在標準狀態下是氣體。金屬在成鍵時會釋放它們的價電子，而非金屬會吸收電子。

金屬位於元素週期表左側和中央，在 s 區、d 區和 f 區。貧金屬和類金屬（介於金屬和非金屬之間）位於 p 區的左下方。非金屬位於表格的右側。

金屬性從右到左、從上到下遞增。非金屬性則正好相反。這是因為其他趨勢：電離能、電子親和力和電負性。

• 金屬/非金屬
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  鈉，非常金屬
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  硫，非常非金屬