高中化学——元素周期律

元素周期律，指元素的性质随着元素的原子序数（即原子核外电子数或核电荷数）的增加呈周期性变化的规律。

随着原子序数的增加，元素的性质呈周期性的递变规律：

在同一周期中，元素的金属性从左到右递减，非金属性从左到右递增，

在同一族中，元素的金属性从上到下递增，非金属性从上到下递减；

同一周期中，元素的最高正氧化数从左到右递增（没有正价的除外），最低负氧化数从左到右逐渐增高；

同一族的元素性质相近。

主族元素同一周期中，原子半径随着原子序数的增加而减小。

同一族中，原子半径随着原子序数的增加而增大。如果粒子的电子构型相同，则阴离子的半径比阳离子大，且半径随着电荷数的增加而减小。（如o2->f->na+>mg2+）

元素周期表是元素周期律用表格表达的具体形式，它反映元素原子的内部结构和它们之间相互联系的规律。元素周期表简称周期表。元素周期表有很多种表达形式，目前最常用的是维尔纳长式周期表。元素周期表有7个周期，有16个族和4个区。元素在周期表中的位置能反映该元素的原子结构。周期表中同一横列元素构成一个周期。同周期元素原子的电子层数等于该周期的序数。同一纵行（第Ⅷ族包括3个纵行）的元素称“族”。族是原子内部外电子层构型的反映。例如外电子构型

横着看叫周期，是指元素周期表上某一横列元素最外层电子从1到8的一个周期循环

竖着看叫族，是指某一竖列元素因最外层电子数相同而表现出的相似的化学性质

主族元素是只有最外层电子没有排满的，但是副族有能级的跃迁，次外层电子也没排满。

1 元素周期表中元素及其化合物的递变性规律

11 原子半径

（1）除第1周期外，其他周期元素（惰性气体元素除外）的原子半径随原子序数的递增而减小；

（2）同一族的元素从上到下，随电子层数增多，原子半径增大。

12 元素化合价

（1）除第1周期外，同周期从左到右，元素最高正价由碱金属+1递增到+7，非金属元素负价由碳族-4递增到-1（氟无正价，氧无+6价，除外）；

（2）同一主族的元素的最高正价、负价均相同

13 单质的熔点

（1）同一周期元素随原子序数的递增，元素组成的金属单质的熔点递增，非金属单质的熔点递减；

（2）同一族元素从上到下，元素组成的金属单质的熔点递减，非金属单质的熔点递增

14 元素的金属性与非金属性

（1）同一周期的元素从左到右金属性递减，非金属性递增；

（2）同一主族元素从上到下金属性递增，非金属性递减。

15 最高价氧化物和水化物的酸碱性

元素的金属性越强，其最高价氧化物的水化物的碱性越强；元素的非金属性越强，最高价氧化物的水化物的酸性越强。

16 非金属气态氢化物

元素非金属性越强，气态氢化物越稳定。同周期非金属元素的非金属性越强，其气态氢化物水溶液一般酸性越强；同主族非金属元素的非金属性越强，其气态氢化物水溶液的酸性越弱。

17 单质的氧化性、还原性

一般元素的金属性越强，其单质的还原性越强，其氧化物的氧离子氧化性越弱；元素的非金属性越强，其单质的氧化性越强，其简单阴离子的还原性越弱。

2 推断元素位置的规律

判断元素在周期表中位置应牢记的规律：

（1）元素周期数等于核外电子层数；

（2）主族元素的序数等于最外层电子数；

元素周期律的发现

门捷列夫一生勤奋地从事化学研究，终于发现了自然科学的重要定律之一——元素周期律，并据此预见了一些当时尚未发现的元素。元素周期律还指导了对元素及其化合物性质的系统研究，成为现代有关物质结构理论发展的基础。

1834年2月8日，门捷列夫生于俄国贫寒的中学教员家庭。他天资聪颖，勤奋好学，少年时父亲去世，由母亲抚养，母亲希望日后他能成为一个对社会有用之才。1855年，门捷列夫毕业于彼得堡师范学院，当过中学化学教师。1859年至1861年在德国海德大学进修，在那里，门捷列夫结识了一大批著名的化学家，有德国的，还有法国、意大利的。他们有关区别原子量与分子量的主张对门捷列夫产生了重大影响。回国后，他在著名的彼得堡大学任教，博学多才的他，讲授的课程妙趣横生，深受学生喜爱。不久他就成为彼得堡大学首屈一指的化学教授。与此同时，他还在研读前人的科学论著，搜集了大量的科学文献资料。

1869年，门捷列夫开始教授无机化学这门课程。他发现这门课的内容太陈旧，迫切需要一本能反映最新科学发展水平的无机化学教科书。于是，他决定编一本新的教材，并取名为《化学原理》。经过两年的努力，他完成了《化学原理》第一卷，但是，当他从事第二卷的著述时，遇到了困难。这一卷要论述到化学元素的性质，可是，它们的次序应该怎样排列呢当时化学家们在论述这个问题时，有的先讲氢，因为它最轻；有的先讲氧，因为它最为常见；有的先讲铁，因为它使用得最多。门捷列夫认为：之所以产生这种现象，是因为化学家们还不清楚化学元素之间排列的规律。他决心找出化学元素性质变化的规律，并把它写进《化学原理》中去。

为此，门捷列夫制作了60多张卡片，在每张卡片上都写了该元素的名称、原子量、化合物的化合价和主要性质以及有关它的已知材料。以什么为依据来编排元素的顺序呢经过反复比较，门捷列夫终于发现只有按照元素的原子量来编排才是最理想的，因为每种元素的原子量都有确定的数值，而且当时已经知道的60多种元素的原子量彼此都不相同。他排成了一张表，在这张表中，各种元素的性质随着原子量的增加，而大致呈现出周期性的变化。

然而，在排列过程中，门捷列夫遇到了一些特殊情况。这些情况很难处理。比如铍这个化学元素，如果按原子量顺序来排列，应该插在碳和氮之间，但显然是多余的；而锂和硼之间，却又好像少了一个元素。“会不会是铍的原子量弄错了呢”门捷列夫大胆地提出了这个疑问。铍的当量是45，这是通过实验得到的不会有问题，但化合价是推测出来的。当时人们认为铍的性质像铝，因而把它的化合价与铝定为一样，都是+3价，而原子量是化合价乘以当量计算出来的，因此铍的原子量是135(碳的原子量为12，氮的原子量为14)。如果它的性质不像铝而像其他什么元素，原子量就会不同。

门捷列夫查阅了大量资料，结果发现，铍的性质也很像镁，而镁的化合价为+2价。这样铍的原子量成为6，正好排在锂(原子量为7)和硼(原子量为11)之间。这一突破极大地鼓舞了门捷列夫，他又用类似的办法，大胆更正了好几个元素的化合价和原子量，从而使这些元素在排列中回到它们应有的位置上。

但新的问题又出来了：比如钙的原子量为40，而在它后面的钛的原子量，却猛增到50。按周期性排列的元素之间在原子量和性质上上下脱节!门捷列夫苦苦地思索，终于想到，现在的60多种元素不会是自然界现存的全部元素，今后还会有新的元素被发现。他设想在钙和钛之间，还会有一个至今仍未发现的元素，它迟早会被人们发现，所以应该在钙的后面，给这个未发现的元素留下一个空位。门捷列夫称之为“类硼”，并预言了它的一些主要性质。

门捷列夫在排列时还发现，锌后面应该是砷，但砷的性质和磷相似，应该放在磷下面。于是他又大胆推测锌与砷之间还有两种元素未被发现，门捷列夫把这两个位置空了出来，并称之为“类铝”和“类硅”，并同样预言了它们主要的性质。

就这样，35岁的门捷列夫在化学元素符号的简单排列中，发现了化学元素周期律。1869年，门捷列夫发表了世界上第一张化学元素周期表。发表后，不少化学家对它表示怀疑。特别是对他预言并描述当时还未发现的类硼、类铝和类硅三种元素，表示不可理解。甚至有人认为门捷列夫是想入非非。连他的导师也告诫他要踏踏实实做些实事，别再不务正业了。然而，门捷列夫坚信，周期律是科学的，它一定经得起实践的检验。

1875年，门捷列夫在法国科学院院报上看到一篇报道：法国化学家布瓦博德朗发现了一种新的元素——镓。门捷列夫认为它的性质和自己预言过的类铝很相似，但这种新元素的比重是47克／立方厘米，与他预言的比重59~6克／立方厘米差距较大，这是为什么呢门捷列夫再次核算了一遍，认为自己的预言是正确的。于是他给布瓦博德朗写了一封信，告诉他镓的比重测错了。布瓦博德朗接信后大吃一惊，这位法国化学家按照门捷列夫的建议重新提炼了镓，并再次测定了它的比重。完全证实了门捷列夫的科学预言。就这样，法国科学家用实验的方法，证明了元素周期律的科学性。这件事在欧洲引起了巨大反响，许多科学家根据门捷列夫创制的元素周期表，去探索尚未发现的元素。欧洲几十个著名的实验室，都在紧张地工作，他们渴望新发现。

1880年，瑞典两位化学家发现了一种新元素——钪，这就是门捷列夫预言过的类硼；1886年，德国化学家文克列尔用光谱分析法发现了一个新元素——锗，这就是门捷列夫预言过的类硅。早在1871年，门捷列夫还曾预言过11种未发现的元素，并且指出了它们应排列的位置和原子量等。以后陆续被发现的新元素氦、氖、镭、铼、锝、砹等，再次证明了周期律确实是普遍适用的。周期律作为一个基本定律，有力地促进了现代化学和物理学的发展。

由于发现了化学元素周期律，门捷列夫顺利地写出了《化学原理》第二卷。这是世界上第一部以化学元素周期律为纲的无机化学教科书。

门捷列夫晚年继续勤奋地工作。1887年，他根据溶剂与溶液相互作用的原理，创立了溶液水代理论，之后又提出煤在地下气化和以化学精炼石油的主张。1902年2月2日，门捷列夫病逝，几万人自发地参加了他的葬礼。在送葬的队伍中，有人高举着一条巨大的横幅，上面画着这位伟大化学家所创制的元素周期表。

1

元素周期律

1内容：元素的性子随着元素元子序数的递增而呈现周期性变化的规律。

2实质：元素性质周期性变化是原子核外电子排布周期性变化的必然结果。

2元素周期表：1869年，门捷列夫发现了元素周期律，并编制了第一张元素周期表。1

横的方向——周期

具有相同电子层数的元数按照元子序数增的顺序排列的一行称为周期。元数周期表共有七个周期，三短三长一不全

2緃的方面——族最外层电子数相同的元素按照原子序数递增的顺序排列的一列称为族。元素周期表共有18列，十六族除

8，9，10，三列为一族外，其余

15列各为族。七主七副v3和03b族到2b族共10列通称为过渡元素。

元素周期表的规律

1在周期表中，元素是以元素的原子序排列，最小的排行最先。表中一横行称为一个周期，一列称为一个族。元素周期表中共有118种元素。每一种元素都有一个编号，大小恰好等于该元素原子的核内电子数目，这个编号称为原子序数。

2原子的核外电子排布和性质有明显的规律性，科学家们是按原子序数递增排列，将电子层数相同的元素放在同一行，将最外层电子数相同的元素放在同一列。

3元素周期表有7个周期，16个族。每一个横行叫作一个周期，每一个纵行叫作一个族。这7个周期又可分成短周期(1、2、3)、长周期(4、5、6)和不完全周期(7)。共有16个族，又分为7个主族(ⅠA-ⅦA)，7个副族(ⅠB-ⅦB)，一个第ⅧB族，一个零族。元素在周期表中的位置不仅反映了元素的原子结构，也显示了元素性质的递变规律和元素之间的内在联系。

4同一周期内，从左到右，元素核外电子层数相同，最外层电子数依次递增，原子半径递减(零族元素除外)。失电子能力逐渐减弱，获电子能力逐渐增强，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。元素的最高正氧化数从左到右递增(没有正价的除外)，最低负氧化数从左到右递增(第一周期除外，第二周期的O、F元素除外)。

5同一族中，由上而下，最外层电子数相同，核外电子层数逐渐增多，原子序数递增，元素金属性递增，非金属性递减。元素周期表的意义重大，科学家正是用此来寻找新型元素及化合物。

更多信息可以参考元素周期表

元素周期表中元素及其化合物的递变性规律

11

原子半径

（1）除第1周期外，其他周期元素（惰性气体元素除外）的原子半径随原子序数的递增而减小；

（2）同一族的元素从上到下，随电子层数增多，原子半径增大。下一周期原子半径大于上一周期原子的半径。如第三周期中半径最大的是钠原子，最小的是氯原子；第六主族中氧原子半径最小。

（3）离子半径先比较核外电子层数，电子层数越多，则半径越大，若电子层数相同，则比较核电荷数，核电荷数小的离子半径大。如钠离子半径大于氢离子，而钠离子半径小于氯离子半径，因为三者核外电子层数分别是氢离子0，钠离子2，氯离子3，而钠离子和氟离子氧离子比较的话，是氧离子最大，氟离子次之，钠离子最小，因为核电荷数为氧最小，氟次子，钠最大。

12

主族元素化合价

(1）除第1周期外，同周期从左到右，元素最高正价由碱金属+1递增到+7，非金属元素负价由碳族-4递增到-1（氟无正价，氧无+6价，除外）；

（2）同一主族的元素的最高正价、负价均相同

（3）主族元素的最高正价和+最低负价的绝对值=8

13

单质的熔点

（1）同一周期元素随原子序数的递增，元素组成的金属单质的熔点递增，非金属单质的熔点递减；

(2）同一族元素从上到下，元素组成的金属单质的熔点递减，非金属单质的熔点递增

14

元素的金属性与非金属性

（1）同一周期的元素从左到右金属性递减，非金属性递增；

（2）同一主族元素从上到下金属性递增，非金属性递减。

15

最高价氧化物和水化物的酸碱性

元素的金属性越强，其最高价氧化物的水化物的碱性越强；元素的非金属性越强，最高价氧化物的水化物的酸性越强。

所以高氯酸（HClO4）的酸性最强（由于氟不存在正价，即不存在含氧酸）。

16

非金属气态氢化物

元素非金属性越强，其和氢气反应的条件要求越低，生成的气态氢化物越稳定。如第ⅧA族中，F2,Cl2，Br2，I2和H2的

反应条件，参见课本。即非金属性越强，和氢结合的能力越强，反之，金属性越强，则置换出氢（和酸或者水（水可以看做是弱酸，因为水可以电离出少量的氢离子反应））的能力越强。

同周期非金属元素的非金属性越强，其气态氢化物水溶液一般酸性越强，如第二周期中氨气（NH3）为碱性气体，水（H2O）为中性，而HF为弱酸；

同主族非金属元素的非金属性越强，其气态氢化物水溶液的酸性越弱。

如卤族（第ⅧA族）中HF为弱酸，HCl为强酸，而HBr酸性更强，HI酸性更强。而稳定性则相反。

17

单质的氧化性、还原性

一般元素的金属性越强，其单质的还原性越强，其简单离子的氧化性越弱；元素的非金属性越强，其单质的氧化性越强，其简单阴离子的还原性越弱。如F2

氧化性最强而而氟离子的还原性则最弱，CS（铯）的还原性最强，则铯离子的氧化性最弱。

2

推断元素位置的规律

判断元素在周期表中位置应牢记的规律：

（1）元素周期数等于核外电子层数；

（2）主族元素的序数等于最外层电子数；

（3）确定族数应先确定是主族还是副族，其方法是采用原子序数逐步减去各周期的元素种数，即可由最后的差数来确定。最后的差数就是族序数，差为8、9、10时为VIII族，差数大于10时，则再减去10，最后结果为族序数。

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