第一講元素周期性

奧林匹克化學競賽輔導無機化學部分

第一講

元素周期系元素周期律,元素周期系及元素周期表

周期性:元素性質(zhì)周期性變化,并呈非機械重復(堿金屬開始,稀有氣體結(jié)尾)周期律:核外電子排布呈周期性,導致元素呈周期性遞變.二者統(tǒng)一為周期律周期表:周期律的表達形式

元素周期系元素周期表1869年，俄國化學家門捷列夫在總結(jié)對比當時已知的60多種元素的性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)化學元素之間的本質(zhì)聯(lián)系：按原子量遞增把化學元素排成序列，元素的性質(zhì)發(fā)生周期性的遞變。這就是元素周期律的最早表述。目前使用最多的是維爾納長式周期表.維爾納長式周期表維爾納長式周期表:是由諾貝爾獎得主維爾納（AlfredWerner1866-1919）首先倡導的，長式周期表是目前最通用的元素周期表。它的結(jié)構(gòu)如下：

(1)周期:維爾納長式周期表分主表和副表。主表中的1—5行分別是完整的第1，2，3，4，5周期，但是，第6、7行不是完整的第6、7周期，其中的鑭系元素和錒系元素被分離出來，形成主表下方的副表。第一周期只有2種元素，叫特短周期，它的原子只有s電子；第二、三周期有8種元素，叫短周期，它們的原子有s電子和p電子；第四、五周期有18種元素，叫長周期，它們的原子除鉀和鈣外有s、p電子還有d電子；第六周期有32種元素，叫特長周期，它的原子除銫和鋇外有s、d、p電子還有f電子；第七周期是未完成周期。（2）列：維爾納長式元素周期表有18列(縱列)。例如第1列為氫鋰鈉鉀銣銫鈁，第2列為鈹鎂鈣鍶鋇鐳，…第8列為鉻鉬鎢(Cr、Mo、W），第9列為錳锝錸（Mn、Tc、Re)，…等等。（3）族

我國采用美國系統(tǒng)，用羅馬數(shù)碼標記，如：IA、…VIIB等等，而且，第8-10列叫第VIII族不叫VIIIB，第18列叫0族,但“0”不是自然數(shù),也不是羅馬數(shù)碼。

A族：周期表最左邊的兩個縱列是IA和IIA主族；周期表最右邊的6個縱列從左到右分別是IIIA，IVA，VA，VIA，VIIA主族和0(零)族。主族元素的原子在形成化學鍵時只使用最外層電子(ns和/或np)，不使用結(jié)構(gòu)封閉的次外層電子。從這個特征看，零族元素也屬于主族元素。IA、IIA和VIIA族元素分稱堿金屬、堿土金屬和鹵素，這些術(shù)語早于發(fā)現(xiàn)周期系。零族元素的確認在發(fā)現(xiàn)周期系之后，曾長期叫惰性氣體（inertgases），直到60年代才發(fā)現(xiàn)它也能形成傳統(tǒng)化合物，改稱稀有氣體（noblegases或raregases）。主族常用相應第二周期元素命名，如硼族、碳族、氮族，氧族等。此外，還常見到源自門捷列夫周期表的鎵分族(鎵銦鉈)、鍺分族(鍺錫鉛)、砷分族(砷銻鉍)、硫分族（硫硒碲）等術(shù)語。B族：從周期表左邊第3縱列開始有10種縱列，每個縱列3種元素(包括第七周期元素應是4種元素)，從左到右的順序是IIIB，IVB，VB，VIB，VIIB，VIII，IB，IIB。族序數(shù)與該族元素最高氧化態(tài)對應(有少數(shù)例外，如銅銀金)；

VIII族是3種縱列9種元素，是狹義的“過渡元素”(這個概念是門捷列夫提出來的)。副族常以相應第四周期元素命名，分稱鈧副族、鈦副族、釩副族，...等等;但VIII族中的鐵鈷鎳(第四周期元素)又稱鐵系元素，釕銠鈀鋨銥鉑(第五、六周期元素)則總稱鉑系元素。廣義的過渡元素是指除主族元素外的所有其他元素。(4)元素分區(qū)長式周期表的主表從左到右可分為s區(qū)，d區(qū)，ds區(qū)，p區(qū)4個區(qū)；副表(鑭系和錒系)是f區(qū)元素元素分區(qū)與原子的價電子構(gòu)型

s區(qū)：ns1-2IA、ⅡA

p區(qū)：ns2np1-6ⅢA-0族

d區(qū)：(n-1)d1-9ns1-2

ⅢB-Ⅷ

ds區(qū)：(n-1)d10ns1-2

IB、ⅡBf區(qū)：（n-2)f0-14(n-1)d0-2ns2ⅢBX2+的價電子構(gòu)型為3d9

，X原子屬哪一區(qū)？

X原子價電子構(gòu)型為3d104s1,X原子屬ds區(qū)。

(5)非金屬三角區(qū)

周期系已知112種元素中只有21種非金屬（包括稀有氣體），它們集中在長式周期表p區(qū)右上角三角區(qū)內(nèi)。準金屬非金屬金屬處于非金屬三角區(qū)邊界上的元素兼具金屬和非金屬的特性，有時也稱“半金屬”或“準金屬”，例如，硅是非金屬，但其單質(zhì)晶體為具藍灰色金屬光澤的半導體，鍺是金屬，卻跟硅一樣具金剛石型結(jié)構(gòu)，也是半導體;又例如，砷是非金屬，氣態(tài)分子為類磷的As4，但有金屬型的同素異形體，銻是金屬，卻很脆，電阻率很高，等等，半金屬的這類兩面性的例子很多。小結(jié)周期：周期數(shù)=電子層數(shù)=最大n值=近似能級組組數(shù)同周期左至右元素金屬性降低，非金屬性升高。族：主族元素的族號數(shù)=最外層電子數(shù)=最高氧化數(shù)副族元素的族號數(shù)大多=價電子數(shù)[（n-1)d+ns]電子數(shù)同族主族元素，從上至下，金屬性增強，非金屬性減弱，副族元素，從上至下，金屬性一般是減弱的。

原子半徑、離子半徑同周期左至右元素原子半徑一般逐漸減小，同族，特別是同主族元素從上至下，原子半徑逐漸增大。同種元素：陰離子半徑＞原子半徑＞陽離子半徑練習

已知某元素在第四周期、ⅥB族，問：電子組態(tài)？元素？區(qū)？性質(zhì)？性質(zhì)：（ⅥB族）金屬、d區(qū)、最高價+6；電子組態(tài)：[Ar]3d54s1；元素：Cr。29號元素價電子組態(tài)？區(qū)？能級總數(shù)？價電子組態(tài)：3d104s1；ds區(qū)；能級總數(shù)=7（1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s）。原子參數(shù)—如原子半徑，離子半徑，電離能，電子親和能，電負性等概念被稱為原子參數(shù)。而所有的原子參數(shù)都呈現(xiàn)周期性變化。元素周期性周期表中的對角線規(guī)則LiBeBCNaMgAISi內(nèi)容對角線規(guī)則：是指周期表中相鄰兩族位于左上到右下的對角線上的元素具有相似性。第2周期的Li、Be、B等3種元素和其右下角第3周期的Mg、Al、Si等3種元素處于對角線位置上，因此，這三對元素及其化合物的性質(zhì)有許多相似之處.原因原子具有相近的靜電場力，φ=z/r值相近

核化學基礎(chǔ)知識元素衰變⑴α衰變，α粒子——HeU→Th+He⑵β衰變，β粒子——高速電子

C→N+e⑶正電子衰變⑷

電子俘獲

人工核反應

裂變與聚變裂變：大核變小核——原子彈1g235U核全部裂變放出的能量相當2.5噸煤的燃燒熱除了235U外,233U和239Pu也具有相同的性質(zhì)。聚變：輕核變重核——放出巨大的能量氫彈實際上是用235U裂變產(chǎn)生108℃以上的高溫引發(fā)氫的同位素聚變的熱核反應核反應的熱能如果用熱交換器產(chǎn)生高壓水蒸氣，推動汽輪機帶動發(fā)電機用于發(fā)電，稱為核電。核穩(wěn)定理論

核電荷數(shù)為偶數(shù)的元素豐度高（86%）。存在質(zhì)子、中子幻數(shù)組合?；脭?shù)：2、8、14、20、28、50、82（質(zhì)子、中子）雙幻數(shù)更穩(wěn)定：6種同位素。

原子序數(shù)大時：n/p=1.5穩(wěn)定。例如：pb(82p,126n),n/p=1.54穩(wěn)定。具有稀有氣體電子層結(jié)構(gòu)的原子穩(wěn)定；具有幻數(shù)質(zhì)子、中子的原子核穩(wěn)定。元素周期系展望

114號元素（類鉛-298）114p,184n(雙幻數(shù)）穩(wěn)定，周圍有較穩(wěn)定的新元素出現(xiàn)。推測164號元素（超鉛-482）164p,318n(雙幻數(shù)）應穩(wěn)定存在。8、9周期將出現(xiàn)g軌道，9條——18e。練習1科學家在回旋加速器上用高能86Kr離子轟擊208Pb靶，氪核與鉛核融合，放出1個中子，生成X原子，在120微秒后該核分裂出1個a粒子，衰變成另一個新核Y。下列說法正確的是（）A．X原子的中子數(shù)是175B．X的原子序數(shù)是116C．Y原子的中子數(shù)為289D．Y元素屬于第八周期元素練習2核外電子數(shù)相等的原子一定是（）A.

同種元素B.

同種原子C.

質(zhì)子數(shù)相同D.

質(zhì)量數(shù)相同E.

同位素練習3不久前科學家將6630Zn和20882Pb兩原子經(jīng)核聚合放出一定數(shù)目的中子，得到112號新元素的原子，該原子的質(zhì)量數(shù)為267。下列說法正確的是（）（A）112號元素位于第8周期第VIII族（B）該元素的原子屬穩(wěn)定性同位素（C）該元素是”兩性”金屬元素（D）上述兩原子核聚合時釋放出7個中子練習4人類有一個美好的理想：利用太陽光能和催化劑分解水：

2H2O太陽光催化劑2H2↑＋O2↑由此，人類可以獲得一個巨大的能源——氫能源。二十世紀七十年代已有化學家（Fujishima和Honda，日）開發(fā)研究了有關(guān)元素的化合物作為光電極材料初步實現(xiàn)了這一變化。已知該元素N層電子數(shù)和K層電子數(shù)相等，并和它的M層d亞層中的電子數(shù)相等或相差3個。某元素可能是（）（A）鈹（B）鈦（C）鐵（D）錳練習5不久前，我國科學家首次合成了一種新核素，其符號是18572Hf.關(guān)于18572Hf.的下列說法中正確的是（）是人類發(fā)現(xiàn)的一種新元素是一種新的原