普通化學/元素性質的週期性
元素週期表是已知化學元素的展示,按電子結構排列,因此許多化學性質|化學性質在整個表格中規律變化。
最初的表格是在不瞭解原子|原子的內部結構的情況下建立的:如果按原子質量對元素進行排序,然後將某些其他性質繪製成原子質量的函式,你會看到這些性質作為原子質量的函數出現起伏或週期性。第一個認識到這些規律的是德國化學家約翰·沃爾夫岡·德貝萊納,他在 1829 年注意到許多具有相似元素的三元組
| 一些三元組 | ||
|---|---|---|
| 元素 | 原子質量 | 密度 |
| 氯 | 35.5 | 0.00156 g/cm3 |
| 溴 | 79.9 | 0.00312 g/cm3 |
| 碘 | 126.9 | 0.00495 g/cm3 |
| 鈣 | 40.1 | 1.55 g/cm3 |
| 鍶 | 87.6 | 2.6 g/cm3 |
| 鋇 | 137 | 3.5 g/cm3 |
隨後是英國化學家約翰·亞歷山大·雷納·紐蘭茲,他在 1865 年注意到相似型別的元素每隔八個元素出現一次,他將其比作音樂中的八度|八度,儘管他的八度律遭到當時人的嘲笑。最後,在 1869 年,德國化學家洛塔爾·邁耶和俄羅斯化學家德米特里·伊萬諾維奇·門捷列夫幾乎同時開發了第一個元素週期表,按質量對元素進行排列。然而,門捷列夫為了更好地匹配元素在表格中與其相鄰元素的性質,將少數元素從嚴格的質量順序中剔除,糾正了幾個原子質量值的錯誤,並預測了表格中空單元格中一些新元素的存在及其性質。門捷列夫後來在 19 世紀|19 世紀末和 20 世紀初元素電子結構被發現後得到了證實。
元素列表 按名稱|按名稱的元素列表、按符號|按符號的元素列表以及按編號|按原子編號的元素列表均可獲得。下圖顯示了目前已知的元素週期表。每個元素都按其原子編號和化學符號列出。同一列(“元素週期表族|族”)中的元素在化學性質上相似。
| 族 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||
| 週期 | ||||||||||||||||||||
| 1 | 1 H |
2 He | ||||||||||||||||||
| 2 | 3 Li |
4 Be |
5 B |
6 C |
7 N |
8 O |
9 F |
10 Ne | ||||||||||||
| 3 | 11 Na |
12 Mg |
13 Al |
14 Si |
15 P |
16 S |
17 Cl |
18 Ar | ||||||||||||
| 4 | 19 K |
20 Ca |
21 Sc |
22 Ti |
23 V |
24 Cr |
25 Mn |
26 Fe |
27 Co |
28 Ni |
29 Cu |
30 Zn |
31 Ga |
32 Ge |
33 As |
34 Se |
35 Br |
36 Kr | ||
| 5 | 37 Rb |
38 Sr |
39 Y |
40 Zr |
41 Nb |
42 Mo |
43 Tc |
44 Ru |
45 Rh |
46 Pd |
47 Ag |
48 Cd |
49 In |
50 Sn |
51 Sb |
52 Te |
53 I |
54 Xe | ||
| 6 | 55 Cs |
56 Ba |
* |
71 Lu |
72 Hf |
73 Ta |
74 W |
75 Re |
76 Os |
77 Ir |
78 Pt |
79 Au |
80 Hg |
81 Tl |
82 Pb |
83 Bi |
84 Po |
85 At |
86 Rn | |
| 7 | 87 Fr |
88 Ra |
* * |
103 Lr |
104 Rf |
105 Db |
106 Sg |
107 Bh |
108 Hs |
109 Mt |
110 Ds |
111 Uuu |
112 Uub |
113 Uut |
114 Uuq |
115 Uup |
116 Uuh |
117 Uus |
118 Uuo | |
| * 鑭系元素 | 57 La |
58 Ce |
59 Pr |
60 Nd |
61 Pm |
62 Sm |
63 Eu |
64 Gd |
65 Tb |
66 Dy |
67 Ho |
68 Er |
69 Tm |
70 Yb | ||||||
| ** 錒系元素 | 89 Ac |
90 Th |
91 Pa |
92 U |
93 Np |
94 Pu |
95 Am |
96 Cm |
97 Bk |
98 Cf |
99 Es |
100 Fm |
101 Md |
102 No | ||||||
| 鹼金屬 | 鹼土金屬 | 鑭系元素 | 錒系元素 | 過渡金屬 |
| 貧金屬 | 類金屬 | 非金屬 | 鹵素 | 惰性氣體 |
原子序數的顏色編碼
- 用藍色編號的元素在室溫下是液體;
- 用綠色編號的元素在室溫下是氣體;
- 用黑色編號的元素在室溫下是固體;
- 用紅色編號的元素是合成元素,自然界不存在(所有元素在室溫下都是固體)。
- 用灰色編號的元素尚未被發現(它們也具有柔和的填充顏色,表示它們可能屬於的化學系列)。
原子具有多少個電子層|電子層決定了它屬於哪個週期。每個電子層被分成不同的亞層,隨著原子序數的增加,這些亞層大致按以下順序填充
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s 5g 6f 7d 8p ...
因此表格的結構。由於最外層的電子決定了化學性質,因此這些性質在族內往往相似。族內相鄰元素具有相似的物理性質,儘管它們在質量上存在很大差異。週期內相鄰元素具有相似的質量,但性質不同。
例如,在圖表中第二週期的氮 (N) 附近是碳 (C) 和氧 (O)。儘管它們的質量相似(它們只相差幾個原子質量單位),但它們的性質卻截然不同,這可以透過觀察它們的同素異形體|同素異形體來證明:雙原子氧是一種支援燃燒的氣體,雙原子氮是一種不支援燃燒的氣體,而碳是一種可以燃燒的固體(是的,金剛石|金剛石可以燃燒!)。
相反,在圖表中倒數第二組(鹵素|鹵素)的氯 (Cl) 附近是氟 (F) 和溴 (Br)。儘管它們在族內質量差異很大,但它們的同素異形體具有非常相似的性質:它們都具有很高的腐蝕性|腐蝕性(這意味著它們很容易與金屬|金屬結合形成金屬鹵化物鹽|鹽);氯和氟是氣體,而溴是一種沸點很低的液體;氯和溴至少是高度有色的。