第三节　元素周期律和元素周期表

一、元素周期律

在碱金属、碱土金属和卤素的学习中，我们已了解到，有些元素的性质既有相似性，又有递变性，而有些元素的性质又很不相同；也初步认识到原子结构是决定元素性质的内在因素。为了进一步认识这种内在的联系和规律，下面就以1～18号元素为例（见表4-6）进行讨论。

1.核外电子分布的周期性变化

原子序数从1～2的元素，即从H到He，有一个电子层，电子分布从1s1到1s2，达稳定结构。从3～10号元素，即从Li到Ne，有两个电子层，最外层电子分布由2s1到2s22p6，达稳定结构。从11～18号元素，即从Na到Ar，有三个电子层，最外层电子分布由3s1到3s23p6，也达稳定结构。即随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子分布呈周期性变化。

2.原子半径的周期性变化

从碱金属元素Li到卤素F，随着原子序数的递增，原子半径从123pm递减到64pm。同样，从碱金属Na到卤素Cl，随着原子序数的递增，原子半径也逐渐减小。稀有气体原子半径较大。即随着原子序数的递增，元素的原子半径呈周期性变化。

3.元素性质的周期性变化

从3～10号元素，11～18号元素，元素的性质呈现如下递变规律：都是从活泼的金属元素（碱金属）过渡到活泼的非金属元素（卤素），最后以稀有气体结尾；元素的化合价由+1递增到+7（O、F除外），中部出现负价，负价由-4逐渐升到-1，稀有气体元素的化合价通常为零；最高价氧化物对应的水化物碱性逐渐减弱，酸性逐渐增强。即随着原子序数的递增，元素的性质呈周期性变化。

如果对18号以后的元素进行研究，同样，会得到上述规律。可以概括为：元素性质随原子序数的递增而呈周期性变化。这个规律叫做元素周期律。

核外电子分布的周期性变化是导致元素性质周期性变化的根本原因；元素性质周期性变化是核外电子分布周期性变化的必然结果。

二、元素周期表

根据元素周期律，把元素按原子序数递增的顺序排列成表，叫做元素周期表。元素周期表是元素周期律的具体表现形式，它简明地反映了元素之间相互联系的规律。

元素周期表有多种形式，目前广泛使用的是长式周期表（见书末附的元素周期表），其结构介绍如下。

1.周期

电子层数相同，而依照原子序数递增的顺序排列的一系列元素，称为一个周期。元素周期表中有七个周期，排成七个横行。

由于电子在原子核外分布遵循三个基本规则，并按能级组由低到高的顺序依次填入各轨道中，每填满一个能级组，就增加一个电子层，完成一个周期。因此，周期的划分与能级组的划分是一致的（如表4-7所示）。

周期序数=该周期元素原子的电子层数（46Pd除外）=能级组数

每周期元素的数目=相应能级组中各能级所容纳的电子数

第一、二、三周期叫做短周期，分别含2、8、8种元素；第四、五、六周期叫长周期，其中，第四、五周期各含18种元素，第六周期含32种元素；第七周期以前没有填满而称为不完全周期，但到2017年，也已经全部填满至32种元素。

第六周期中，从57号元素La到71号元素Lu共有15种元素，它们的电子层结构和性质非常相似，总称为镧系元素。第七周期中，从89号元素Ac到103号元素Lr，电子层结构和性质也十分相似，总称为锕系元素。锕系元素中，U后面的元素，多数由人工进行核反应制得，又叫做超铀元素。为了使元素周期表紧凑，镧系和锕系元素在周期表中各占一格，并分两行另排在表的下方。

2.族

由不同周期中外层电子数相同的元素构成18个纵行，除8、9、10三个纵行统称第ⅧB族外，其余每一纵行称为一族，计16族7。

族又分为8个主族、8个副族。族序数通常用罗马数字表示。主族（符号A）由短周期元素和长周期元素构成，表示为ⅠA、ⅡA、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA、ⅧA，按左二六五分别列于周期表的两侧；副族（符号B）仅由长周期元素构成，表示为ⅠB、ⅡB、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、ⅧB。副族位于周期表的中部，统称为过渡元素。习惯上，又把ⅢB族元素中的Sc、Y及镧系元素等17种元素合称为稀土元素。

通常，把原子中能参与化学反应（能形成化学键）的电子称为价电子。除ⅠB、ⅡB、ⅧB族外，族序数等于价电子数。即：

主族序数=最外层电子数=（ns+np）电子数=价电子数

ⅢB～ⅦB族序数=［（n-1）d+ns］电子数=价电子数