《元素周期律和元素周期表》講義

《元素周期律和元素周期表》講義同學(xué)們，咱們現(xiàn)在開始學(xué)習(xí)高中魯科版（2019）必修第二冊第1章原子結(jié)構(gòu)元素周期律中的第2節(jié)元素周期律和元素周期表啦。這部分內(nèi)容就像是化學(xué)世界里的一張大地圖，可重要了呢。咱們先來講講元素周期律是怎么被發(fā)現(xiàn)的吧。很久以前，有很多化學(xué)家都在研究各種元素的性質(zhì)。就像一群探險家在一個神秘的大森林里探索各種奇怪的生物（元素）一樣。其中有一位化學(xué)家，他叫門捷列夫，他可就像一個超級偵探。門捷列夫發(fā)現(xiàn)呀，不同的元素有各種各樣的性質(zhì)，比如有的元素特別活潑，就像調(diào)皮搗蛋的小猴子，總是愛到處惹事（容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)）；有的元素就很不活潑，像個老烏龜一樣，慢悠悠的，不怎么愿意和別的元素反應(yīng)。他開始收集元素們的各種信息，就像收集小卡片一樣。每個小卡片上寫著元素的名字、原子量、化學(xué)性質(zhì)等等。他天天對著這些小卡片琢磨，就像玩拼圖游戲一樣，想把這些元素按照一定的規(guī)律排列起來。經(jīng)過很長時間的研究，他發(fā)現(xiàn)了一個超級神奇的規(guī)律。當他按照原子量的大小把元素排列起來的時候，他發(fā)現(xiàn)元素的性質(zhì)呈現(xiàn)出一種周期性的變化。這就好比是咱們一年有四季，春夏秋冬，周而復(fù)始。元素的性質(zhì)也是這樣，每隔一段“時間”（原子量的一定間隔）就會重復(fù)出現(xiàn)相似的性質(zhì)。這就是元素周期律啦。那這個元素周期律到底體現(xiàn)在哪些方面呢？一、原子半徑的周期性變化咱們先來說說原子半徑。原子就像一個小星球一樣，有自己的大小。不過這個大小可不是固定不變的，它會隨著原子序數(shù)的增加而發(fā)生變化。在同一周期（橫行）里，從左到右，原子序數(shù)越來越大，原子半徑卻越來越小。這就好比是一群小朋友排隊，從左邊開始，越往右邊走，每個小朋友占的地方就越小。為什么會這樣呢？這是因為隨著原子序數(shù)的增加，原子核帶的正電荷也越來越多，就像一個大磁鐵的吸力越來越強，它對外面的電子的吸引力也就越來越大，把電子就拉得更靠近原子核了，所以原子半徑就變小了。比如說，在第二周期，鋰（Li）原子半徑比較大，而到了氟（F）原子半徑就小很多了。我給你們講個好玩的事兒，有一次我做實驗，想比較鋰和氟在和其他物質(zhì)反應(yīng)時的區(qū)別。我把鋰和氟分別和水反應(yīng)。鋰和水反應(yīng)的時候，反應(yīng)速度比較慢，而且產(chǎn)生的現(xiàn)象也不是特別劇烈。但是氟和水反應(yīng)的時候，那可不得了，就像一場小爆炸一樣，非常劇烈。這就是因為氟的原子半徑小，它對電子的吸引力強，化學(xué)性質(zhì)非常活潑。在同一族（豎列）里呢，從上到下，原子半徑是越來越大的。這就像蓋房子一樣，樓層越高，房子占的地方就越大。因為每往下一層，就多了一層電子層，就像房子多蓋了一層一樣，原子半徑當然就大了。二、元素化合價的周期性變化元素的化合價也是有規(guī)律的。在周期表中，主族元素的最高正化合價等于它所在的族序數(shù)。比如說，第一主族的元素，像鈉（Na），它的最高正化合價就是＋1價。這就像每個小組都有自己的編號一樣，這個編號就決定了這個小組里的元素的最高正化合價。而且，元素的化合價還有奇偶性的規(guī)律呢。一般來說，主族元素的最高正化合價和最低負化合價的絕對值之和等于8。這就像一個小秘密一樣，掌握了這個秘密，咱們就能更好地預(yù)測元素的化合價了。我記得有一次考試，有一道題就是讓我們根據(jù)元素周期表預(yù)測一種沒學(xué)過的元素的化合價。很多同學(xué)都不會做，但是如果掌握了這個規(guī)律，就很容易啦。我當時就想到了這個規(guī)律，很快就把答案寫出來了。三、金屬性和非金屬性的周期性變化1、金屬性的變化金屬性呢，就是元素表現(xiàn)出像金屬一樣的性質(zhì)的能力。在同一周期里，從左到右，金屬性是逐漸減弱的。還是拿第二周期舉例，鋰（Li）的金屬性就比鈹（Be）強。鋰和水反應(yīng)能產(chǎn)生氫氣，而鈹和水反應(yīng)就比較困難。這是因為隨著原子序數(shù)的增加，原子核對最外層電子的吸引力增強，原子失去電子的能力就減弱了，所以金屬性就減弱了。在同一族里，從上到下，金屬性是逐漸增強的。就像堿金屬族，從上到下，鋰（Li）、鈉（Na）、鉀（K）、銣（Rb）、銫（Cs），它們的金屬性越來越強。我給你們講個有趣的觀察，我把鈉和鉀分別放在水里。鈉放在水里的時候，會在水面上快速游動，發(fā)出嘶嘶的聲音，還會熔化成一個小球。而鉀放在水里的時候，反應(yīng)更加劇烈，甚至還會產(chǎn)生輕微的爆炸。這就說明鉀的金屬性比鈉強。2、非金屬性的變化而非金屬性呢，就是元素表現(xiàn)出像非金屬一樣的性質(zhì)的能力。在同一周期里，從左到右，非金屬性逐漸增強。比如說，第二周期里，碳（C）的非金屬性就比硼（B）強。在同一族里，從上到下，非金屬性逐漸減弱。像鹵族元素，氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）、砹（At），從上到下，非金屬性越來越弱。我曾經(jīng)做過一個小實驗，比較氯和碘的氧化性（氧化性是非金屬性的一種表現(xiàn)）。我把碘化鉀溶液和氯水混合，發(fā)現(xiàn)溶液變成了棕黃色，這是因為氯把碘離子氧化成了碘單質(zhì)，這就說明氯的氧化性比碘強，也就是氯的非金屬性比碘強。那元素周期表又是什么樣子的呢？元素周期表就像一個大的方陣，橫的叫周期，豎的叫族。一、周期周期就像樓層一樣，有短周期（第一、二、三周期），這些周期里包含的元素比較少，就像矮樓層里住的人少一樣。還有長周期（第四、五、六、七周期），這里面包含的元素就多啦，就像高樓層里住的人多。每個周期開頭的元素一般都是金屬元素，結(jié)尾的元素一般都是非金屬元素或者是稀有氣體元素。二、族族呢，就像一個個小家庭一樣。有主族和副族。主族元素的化學(xué)性質(zhì)比較有規(guī)律，副族元素的化學(xué)性質(zhì)就稍微復(fù)雜一點。主族又分為第ⅠA族、第ⅡA族等等，副族有第ⅠB族、第ⅡB族等等。還有一個特殊的0族，這里面都是稀有氣體元素，它們就像一群很害羞的小居民，不怎么和別的元素反應(yīng)，自己過自己的小日子。元素周期表還有很多重要的意義呢。一、預(yù)測元素的性質(zhì)根據(jù)元素在周期表中的位置，我們可以預(yù)測它的性質(zhì)。就像根據(jù)一個人的家庭住址，我們可以大概猜出他的一些生活習(xí)慣一樣。比如說，如果一個新發(fā)現(xiàn)的元素在鹵族元素下面，我們就可以預(yù)測它的非金屬性比較強，可能顏色比較深，和氫氣反應(yīng)比較劇烈等等。二、尋找新材料科學(xué)家們可以根據(jù)元素周期表去尋找新的材料。比如，我們想要找一種導(dǎo)電性好、熔點高的金屬，就可以在周期表的過渡金屬區(qū)域去找?，F(xiàn)在很多高科技材料，像超導(dǎo)材料等，都是科學(xué)家們根據(jù)元素周期表的規(guī)律去研究開發(fā)的。三、對化學(xué)學(xué)習(xí)的幫助對于我們學(xué)習(xí)化學(xué)來說，元素周期表就像一個大字典。當我們學(xué)習(xí)一種新的元素的時候，我們可以根據(jù)它在周期表中的位置，去聯(lián)想它和周圍元素的相似性和差異性，這樣就能更好地掌握這個元素的性質(zhì)了。在學(xué)習(xí)元素周期律和元素周期表的時候，有幾個難點需要大家注意哦。一、原子半徑變化規(guī)律的理解尤其是在理解同一族里原子半徑從上到下逐漸增大的時候，要理解是因為電子層數(shù)的增加導(dǎo)致的。有的同學(xué)可能會想，原子序數(shù)增加了，原子核的吸引力也增加了，為什么半徑還會增大呢？這就需要我們深刻理解電子層增加這個因素的主導(dǎo)作用。二、元素化合價規(guī)律的應(yīng)用在應(yīng)用元素最高正化合價和最低負化合價的絕對值之和等于8這個規(guī)律的時候，要注意一些特殊情況，比如氧（O）和氟（F），它們的化合價就比較特殊，不完全遵循這個規(guī)律。所以在做題的時候要特別小心。三、金屬性和非金屬性強弱比較的實驗依據(jù)在比較金屬性和非金屬性強弱的時候，我們通過很多實驗現(xiàn)象來判斷。但是有些實驗