第一講元素周期性

奧林匹克化學(xué)競(jìng)賽輔導(dǎo)無(wú)機(jī)化學(xué)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(jī)械重復(fù)(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(dǎo)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(dá)形式

元素周期系元素周期表1869年，俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫在總結(jié)對(duì)比當(dāng)時(shí)已知的60多種元素的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素之間的本質(zhì)聯(lián)系：按原子量遞增把化學(xué)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(zhǎng)式周期表.維爾納長(zhǎng)式周期表維爾納長(zhǎng)式周期表:是由諾貝爾獎(jiǎng)得主維爾納（AlfredWerner1866-1919）首先倡導(dǎo)的，長(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)，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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)采用美國(guó)系統(tǒng)，用羅馬數(shù)碼標(biāo)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(gè)縱列是IA和IIA主族；周期表最右邊的6個(gè)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(xué)鍵時(shí)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(gè)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(yǔ)早于發(fā)現(xiàn)周期系。零族元素的確認(rèn)在發(fā)現(xiàn)周期系之后，曾長(zhǎng)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(yīng)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(yǔ)。B族：從周期表左邊第3縱列開始有10種縱列，每個(gè)縱列3種元素(包括第七周期元素應(yīng)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(duì)應(yīng)(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(guò)渡元素”(這個(gè)概念是門捷列夫提出來(lái)的)。副族常以相應(yīng)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(guò)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(zhǎng)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(gè)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(jià)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(jià)電子構(gòu)型為3d9

，X原子屬哪一區(qū)？

X原子價(jià)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(zhǎng)式周期表p區(qū)右上角三角區(qū)內(nèi)。準(zhǔn)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(shí)也稱“半金屬”或“準(zhǔn)金屬”，例如，硅是非金屬，但其單質(zhì)晶體為具藍(lán)灰色金屬光澤的半導(dǎo)體，鍺是金屬，卻跟硅一樣具金剛石型結(jié)構(gòu)，也是半導(dǎo)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(jí)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(hào)數(shù)=最外層電子數(shù)=最高氧化數(shù)副族元素的族號(hào)數(shù)大多=價(jià)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(qiáng)，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(yáng)離子半徑練習(xí)

已知某元素在第四周期、ⅥB族，問(wèn)：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(jià)+6；電子組態(tài)：[Ar]3d54s1；元素：Cr。29號(hào)元素價(jià)電子組態(tài)？區(qū)？能級(jí)總數(shù)？?jī)r(jià)電子組態(tài)：3d104s1；ds區(qū)；能級(jí)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(fù)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(duì)角線規(guī)則LiBeBCNaMgAISi內(nèi)容對(duì)角線規(guī)則：是指周期表中相鄰兩族位于左上到右下的對(duì)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(duì)角線位置上，因此，這三對(duì)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(chǎng)力，φ=z/r值相近

核化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)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(yīng)

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(dāng)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(shí)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(yīng)核反應(yīng)的熱能如果用熱交換器產(chǎn)生高壓水蒸氣，推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(shí)：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(hào)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(cè)164號(hào)元素（超鉛-482）164p,318n(雙幻數(shù)）應(yīng)穩(wěn)定存在。8、9周期將出現(xiàn)g軌道，9條——18e。練習(xí)1科學(xué)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(gè)中子，生成X原子，在120微秒后該核分裂出1個(gè)a粒子，衰變成另一個(gè)新核Y。下列說(shuō)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(xí)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(xí)3不久前科學(xué)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(hào)新元素的原子，該原子的質(zhì)量數(shù)為267。下列說(shuō)法正確的是（）（A）112號(hào)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(shí)釋放出7個(gè)中子練習(xí)4人類有一個(gè)美好的理想：利用太陽(yáng)光能和催化劑分解水：

2H2O太陽(yáng)光催化劑2H2↑＋O2↑由此，人類可以獲得一個(gè)巨大的能源——?dú)淠茉?。二十世紀(jì)七十年代已有化學(xué)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(shí)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(gè)。某元素可能是（）（A）鈹（B）鈦（C）鐵（D）錳練習(xí)5不久前，我國(guó)科學(xué)家首次合成了一種新核素，其符號(hào)是18572Hf.關(guān)于18572Hf.的下列說(shuō)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