【正文】 主族元素原子半徑變化的趨勢(shì)與短周期基本一致，原子半徑逐漸縮??；副族中的 d 區(qū)過渡元素，自左向右，由于新增加的電子填入了次外層的（ｎ－ 1 ） d 軌道上，對(duì)于決定原子半徑大小的最外電子層上的電子來說，次外層的 d 電子部分地抵消了核電荷對(duì)外層 ns 電子的引力，使有效核電荷增大得比較緩慢。 ⑵長(zhǎng)周期內(nèi)原子半徑的變化（ 4 、 5 周期） 在短周期中，從左到右隨著原子序數(shù)的增加，核電荷數(shù)在增大，原子半徑在逐漸縮小。 ⑴短周期內(nèi)原子半徑的變化（ 1 、 2 、 3 周期） 表 2 各區(qū)內(nèi)所屬元素的族數(shù)與原子核外電子分布的關(guān)系 元素區(qū)域 元素族數(shù) s 、 p 、 ds 區(qū)元素 等于最外電子層的電子數(shù) ( ns + np ) d 區(qū)元素（其中第Ⅷ族只適用于 Fe 、 Ru 和 Os ） 等于最外層電子數(shù)與次外層 d 電子 數(shù)之和 ( n 1) d + ns f 區(qū)元素 均為第Ⅲ B 族元素 4. 現(xiàn)代各式元素周期表 短式周期表 寶塔式周期表 環(huán)形和扇形周期表 長(zhǎng)式周期表 5. 未來的元素周期表 表 3 具有雙幻數(shù)的核素 核素名稱 符號(hào) 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 核素質(zhì)量 氦 4 He 2 2 4 氧 6 O 8 8 16 鈣 40 Ca 20 20 40 鉛 208 Pb 82 126 208 類鉛 298 EKPb 114 184 298 超鉛 482 SpPb 164 318 482 表 4 周期與相對(duì)應(yīng)的核外電子排布的關(guān)系 周期 電子充填狀態(tài) 電子數(shù)目 元素種類數(shù)目 1 1 s 2 22 2 s 2 p 8 8 3 3 s 3 p 8 8 4 4 s 3 d 4 p 18 185 5 s 4 d 5 p 18 18 6 6 s 4 f 5 d 6 p 32 32 7 7 s 5 f 6 d 7 p 32 32 8 8 s 5 g 6 f 7 d 8 p 50 50 9 9 s 6 g 7 f 8 d 9 p 50 50現(xiàn)在國外把元素周期表劃分為 18 個(gè)族，不區(qū)分主族或副族，按長(zhǎng)周期表從左向右依次排列。 (2) 各周期元素的數(shù)目 = 相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)。 (5) f 區(qū)元素，電子層結(jié)構(gòu)是 ( n 2) f 014 ( n 1) d 02 ns 2 ，包括鑭系和錒系元素。 (3) d 區(qū)元素，電子層結(jié)構(gòu)是 ( n 1) d 19 ns 12 , 從第Ⅲ B 族到第Ⅷ類元素。 (1) s 區(qū)元素，最外電子層結(jié)構(gòu)是 ns 1 和 ns 2 ，包括 IA 、 IIA 族元素。 3. 元素在周期表中的位置與元素原子電子層結(jié)構(gòu)的關(guān)系 元素的分區(qū)與原子的電子層結(jié)構(gòu) (5) 1940 — 1974 年提出并證實(shí)了第二個(gè)稀土族──錒系元素的存在。 (3) 1913 年莫斯萊的敘述：“化學(xué)元素的性質(zhì)是它們?cè)有驍?shù)（而不再是原子量）的周期性函數(shù)”。 2 ．元素周期律理論的發(fā)展過程 (1) 1869 年門捷列夫提出元素周期律，并預(yù)言了鈧、鎵、鍺的存在。 (2) 有機(jī)硅化合物的性質(zhì)。元素周期表是化學(xué)元素周期律的具體表現(xiàn)，是化學(xué)元素性質(zhì)的總結(jié)。 1 ．元素周期表概述 1869 年發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素周期律。 1859 年被派往法國巴黎和德國海德爾堡大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究工作。 門捷列夫 Mendeleev (18341907) ，俄羅斯化學(xué)家。 就是電子在原子軌道上的分布，要盡可能的使電子的能量為最低。 （ 3 ）能量最低原理 （ 2 ）洪特規(guī)則 每個(gè)原子軌道至多只能容納兩個(gè)電子；而且，這兩個(gè)電子自旋方向必須相反。 1/2, 表示同一軌道中電子的二種自旋狀態(tài) 5 ．描述核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)及其圖象 16 基態(tài)原子電子組態(tài)（電子排布） 161 構(gòu)造原理 （ 1 ）泡利原理 l, 一種取向相當(dāng)于一個(gè)軌道，共可取 2 l + 1 個(gè)數(shù)值。 2, 177。 (2) 角量子數(shù) l ， l = 0, 1, 2, 3… n 1 ， 以 s ， p ， d ， f 對(duì)應(yīng)的能級(jí)表示亞層，它決定了原子軌道或電子云的形狀 (3) 磁量子數(shù) m ， 原子軌道在空間的不同取向， m = 0, 177。例如一體積氮?dú)夂鸵惑w積氫氣化合生成成兩體積氯化氫： 一體積氯氣和兩體積氫化合生成兩體積水蒸氣： 14 原子結(jié)構(gòu)的玻爾行星模型 141 氫原子光譜 1. 連續(xù)光譜 (continuous spectrum) 2. 線狀光譜 ( 原子光譜 )(line spectrum) 3. 氫原子可見光譜 4 ．巴爾麥 ( J. Balmer) 經(jīng)驗(yàn)公式 (1885) : 譜線波長(zhǎng)的倒數(shù) , 波數(shù) (cm1). n : 大于 2 的正整數(shù) , R H ：常數(shù) , 10 7 m 1 n = 3, 4 , 5, 6 分別對(duì)應(yīng)氫光譜 Balmer 系中 H a 、 H b 、 H g 、 H d 、 里得堡 (Rydberg) 瑞典 1913 呂薩克 (1778~1850) 開始了對(duì)氣體反應(yīng)體積的研究。隨著化學(xué)實(shí)驗(yàn)工作的不斷發(fā)展，在許多新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象面前原子論碰到的矛盾越來越多。原子量的測(cè)定又為元素周期律的發(fā)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。原子論闡明了各質(zhì)量定律的內(nèi)在聯(lián)系，從微觀的物質(zhì)結(jié)構(gòu)角度揭示了宏觀化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，總結(jié)了這個(gè)階段的化學(xué)知識(shí)。由于道爾頓的原子論簡(jiǎn)明而深刻地說明了上述化學(xué)定律，一經(jīng)提出就得到科學(xué)界的承認(rèn)和重視。在復(fù)雜原子中所含不同的簡(jiǎn)單原子的數(shù)目和質(zhì)量都是確定不變的，故復(fù)雜原子的質(zhì)量組成一定 ( 定組成定律 ) 。根據(jù)原子論的論點(diǎn)，原子是物質(zhì)參加化學(xué)反應(yīng)的最小單位物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)原子的種類和總數(shù)并沒有變化，各原子又有自己確定的質(zhì)量，因而反應(yīng)前后質(zhì)量不變 ( 質(zhì)量守恒定律 ) 。他還第一次列出了一些元素的原子量。單質(zhì)是由簡(jiǎn)單原子組成的，化合物是由復(fù)雜原子組成的，而復(fù)雜原子又是由為數(shù)不多的簡(jiǎn)單原子所組成。 2 ．同種類的原子在質(zhì)量、形狀和性質(zhì)上都完全相同，不同種類的原子則不同。 道爾頓原子論的主要內(nèi)容有三點(diǎn) 1 ．一切物質(zhì)都是由不可見的、不可再分割的原子組成。 他把氫的相對(duì)原子質(zhì)量定為 1 ，并假定了元素化合時(shí)需要的不同原子數(shù)目。這不正是原子個(gè)數(shù)比的一種表現(xiàn)嗎 ? 這使他確信．物質(zhì)都是由原子結(jié)合而成，不同元素的原子不同，因而相互結(jié)合后就產(chǎn)生出不同物質(zhì)。 19 世紀(jì)初，為了解釋元素互相化合的質(zhì)量關(guān)系的各個(gè)規(guī)律．道爾頓把他的原子論思想引進(jìn)了化學(xué)，他認(rèn)為物質(zhì)都是由原子組成的，不同元素的化合就是不同原子間的結(jié)合。 1787 年，年輕的道爾頓首先開始對(duì)大氣的物理性質(zhì)進(jìn)行了研究，從中逐漸形成了他的化學(xué)原子論思想。 這些基本定律都是經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，是在對(duì)大量實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行分析和歸納的基礎(chǔ)上得出的結(jié)論。例如氫和氧互相化合生成水和過氧化氫兩種化合物：在這兩種化合物中，氫和氧的質(zhì)量比分別是 1 ： 和 1 ： ，即與 1 份質(zhì)量的氫相化合的氧的質(zhì)量比為 : ＝ 1:2 。 3 ．倍比定律： 1803 年英國的中學(xué)教師道爾頓發(fā)現(xiàn)，當(dāng)甲乙兩種元素互相化合生成兩種以上化合物時(shí)，則在這些化合物中，與同一質(zhì)量甲元素化合的乙元素的質(zhì)量間互成簡(jiǎn)單的整數(shù)比。 2 在實(shí)驗(yàn)室里開始有了較精密的天平，使化學(xué)科學(xué)從對(duì)物質(zhì)變化的簡(jiǎn)單定性研究進(jìn)入到定量研究，從而陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些元素互相化合時(shí)質(zhì)量關(guān)系的基本定律，為化學(xué)新理論的誕生打下了基礎(chǔ)。人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)由臆測(cè)發(fā)展到科學(xué)，主要是依據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。其后世界各國的哲學(xué)家，包括中國戰(zhàn)國時(shí)期《莊子》一書中，均對(duì)物質(zhì)可分與否爭(zhēng)論不休，延續(xù)時(shí)間很久。 公元前約四百年，哲學(xué)家對(duì)萬物之原作了種種推測(cè)。 13 原子的起源和演化 于是在 1960 年和 1961 年，國際物理學(xué)會(huì)和國際化學(xué)會(huì)先后正式采用以 12 C 的原子質(zhì)量＝ 12 作為相對(duì)原子質(zhì)量的新標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過反復(fù)的討論 1 H 、 4 He 、 19 F 、 12 C 、 16 O 等均曾被考慮過作為新的相對(duì)原子質(zhì)量標(biāo)堆，最后認(rèn)定以 12 C 作標(biāo)準(zhǔn)有許多好處： 12 C 在碳的天然同位素中所占的相對(duì)百分?jǐn)?shù)比較固定，受地點(diǎn)影響不大，而且對(duì) 12 C 的質(zhì)量測(cè)定比較精確，最重要的是，采用 12 C 作為相對(duì)原子質(zhì)量的新標(biāo)準(zhǔn)，各元素的相對(duì)原子質(zhì)量變動(dòng)不大，僅比過去降低了 % ，對(duì)大多數(shù)元素來說變動(dòng)不大。 實(shí)際上，由于天然氧的豐度是略有變化的，規(guī)定換算因數(shù)也不是一種妥善辦法，由于兩種相對(duì)原子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并存所引起的矛盾，自然就促進(jìn)了統(tǒng)一 “ 原子量標(biāo)淮的要求。 1940 年國際原于量與同位素豐度委員會(huì)確定以 為兩種標(biāo)度的換算因數(shù)：物理相對(duì)原子質(zhì)量＝ 化學(xué)相對(duì)原子質(zhì)量 從這時(shí)起就有了所謂化學(xué)相對(duì)原子質(zhì)量和物理相對(duì)原子質(zhì)量并行的兩種標(biāo)度。隨后人們通過實(shí)驗(yàn)證明氧的同位素豐度在自然界的分布是不均勻的，因而認(rèn)識(shí)到用天然氧作相對(duì)原子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不夠妥當(dāng)。而所有元素原子量都大于 1 。后來由于很多種元素都能與氧化合生成氧化物，它們的化合量可與氧直接比較， 1826 年改用 O ＝ 100 為標(biāo)準(zhǔn)。 道爾頓首先提出以最輕的氫元素 H ＝ 1 為相對(duì)原子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ( 當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)同位素，因而認(rèn)為同種元素的原子具有相同的質(zhì)量 ) 。但是，我們可以稱取 1mol 某元素的原子，用摩爾質(zhì)量除以阿佛加德羅數(shù)．從而得到以克為單位的某元素原子的質(zhì)量。由于原子很小，質(zhì)量很輕 ( 最輕的原子約重 10 24 g ，而最重的原子也不夠此重的 250 倍 ) ?？梢娤鄬?duì)原子質(zhì)量?jī)H是一種相對(duì)比值，它沒有單位。如氯元素的相對(duì)原子質(zhì)量等于 ，可表示為 A r(Cl)= ，它表示 1mol 氯原子的質(zhì)量是核素 12 C 的 1 摩爾質(zhì)量 1 ／ 12 的 倍。所謂一個(gè)原子的平均質(zhì)量，是對(duì)一種元素含有多種天然同位素說的，平均質(zhì)量可由這些同位素的原子質(zhì)量和豐度來計(jì)算。 國際原子量與同位素豐度委員會(huì)給原子量下的最新定義 (1979 年 ) 是： 一種元素的相對(duì)原子質(zhì)量是該元素 1 摩爾質(zhì)量對(duì)核素 12 C 的 1 摩爾質(zhì)量 1 ／ 12 的比值 。124 元素的相對(duì)原子質(zhì)量 4 ．某些元素的相對(duì)原于質(zhì)量與核素的豐度有關(guān)；原于質(zhì)量與核素的豐度無關(guān)。如鈉元素的相對(duì)原子質(zhì)量等于 ， 23 Na 核素的原子質(zhì)量等于 。 3 ．相對(duì)原子質(zhì)量沒有單位，而原子質(zhì)量有單位 ( 常用 u 表示 ) 。 2 ．從數(shù)值看，一種元素只有一個(gè)原子量；除單一核素元素外，同種元素各核素原子質(zhì)量不同。 1 ．相對(duì)原子質(zhì)量是某元素一個(gè)原于的平均質(zhì)量對(duì) 12C 核素一個(gè)原子的質(zhì)量的 1 ／12 之比，而原子質(zhì)量是某核素一個(gè)原子的質(zhì)量，前者是討論某元素天然存在的所有核素原子的平均質(zhì)量，后者只討論某元素一種核素原子的質(zhì)量。 必須指出，元素的 “ 相對(duì)原子質(zhì)量 ” 和核素的 “ 原子質(zhì)量 ” ，雖然都是以 12 C 為基準(zhǔn)，但是它們是兩個(gè)不同的概念。相對(duì)原子質(zhì)量與平均原子質(zhì)量的關(guān)系和相對(duì)密度與密度的關(guān)系很相近。根據(jù)數(shù)學(xué)上 “ 比 ” 的道理，同量綱的量比只有比值而沒有單位，它僅僅表示對(duì)某一基準(zhǔn)的倍數(shù)。如汞的平均原子質(zhì)量為 。 ( 有的資料中寫為 “amu” ， “mu”) 。 某核素一個(gè)原子的質(zhì)量稱為該核素的原子質(zhì)量，簡(jiǎn)稱原子質(zhì)量。同量素的存在，也說明了以核電荷 ( 質(zhì)子數(shù) ) 作為劃分元素的標(biāo)準(zhǔn)是符合客觀規(guī)律的，抓住了事物的本質(zhì)。同樣的,6529Cu 和6530 Zn ，質(zhì)量數(shù)都是 65 ，由于它們的質(zhì)子數(shù)不同，也分屬于不同元素 —— 銅和鋅。我們所接觸到的就是各種穩(wěn)定同位素的混合物。因此同一元素的各種同位素均勻地混合在一起存在于自然界的各種礦物資源中。碳有三種同位索： 126C 、 136C 為穩(wěn)定同位素， 146C 為放射性同位素。 目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氫有三種同位素，在自然界有兩種穩(wěn)定同位素： 11H( 氕 ) 和 21H( 氘 ) ，另有一種 31H ( 氚 ) 為人造氫的同位素。 可以說，大多數(shù)天然元素都是由幾種同位素組成的混合物。 同位素有的是穩(wěn)定的，稱穩(wěn)定同位素；有的具有放射性，稱放射性同位素。 即多核素元素中的不同核素互稱同位素。 以后隨著天然放射性元素的發(fā)現(xiàn)一些元素的蛻變半衰期不同，而于 1910 年由英國科學(xué)家索迪 (SoddyJ Frederickl877—1956) 提出同位素的慨念。 他們二入先后屈服于降神術(shù)。英國科學(xué)家克魯克斯 (Crookes ， w ． 1832—1919) ，俄國科學(xué)家布特列洛夫（ 1828—1886 ）為解釋上述矛盾先后提出過同一元素的原子可具有不同的原子量，而且可用化學(xué)分餾法將它們分開，實(shí)際上他已從自發(fā)的唯物主義立場(chǎng)提出了同位素的思想。人們測(cè)量一些元素原子量后，發(fā)現(xiàn)測(cè)得越精確，就越證明各元素的原子量并不是氫原子量的整數(shù)倍。氧元素等都是多核素元素，天然存在的鈉元素，只有質(zhì)子數(shù)為 11 ，中于數(shù)為 12 的一種鈉原子 2311Na ，即鈉元素只有 23Na 一種核素，這樣的元素稱單一核素元素。氧元素有三種核素： 16O 、 17O 、 18O 核素。 例如原子核里有 6 個(gè)質(zhì)子和 6 個(gè)中子的碳原子，它們的質(zhì)量數(shù)是 12 ，稱碳 —12 核素或?qū)憺?12C 核素。證明了上述推論的正確，也可以說用實(shí)驗(yàn)證明了原子序數(shù)是原子的基本參數(shù)。 1920 年英國科學(xué)家查德威克 (Chadwick ， James ． 1891 一 1974) 進(jìn)一步做了不同元素的 α 質(zhì)點(diǎn)散射實(shí)驗(yàn)