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普通化學/元素性質的週期性

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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
35.5 0.00156 g/cm3
79.9 0.00312 g/cm3
126.9 0.00495 g/cm3
 
40.1 1.55 g/cm3
87.6 2.6 g/cm3
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。


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
元素週期表的化學系列
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

  • 藍色編號的元素在室溫下是液體;
  • 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;
  • 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)。
  • 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。

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