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元素周期表是如何运作的

由:克雷格•Freudenrich博士。

元素周期表的趋势

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如果你不满足于简单的旧的元素周期表打印,你也可以买衬衫,沙滩巾,马克杯和值得信赖的图表纹身。
美联社照片/埃里克·里斯贝里

知道一个特定元素所在的基团和它的原子结构是什么很方便,但这不是元素周期表要告诉你的全部。如果你看着它,你就会不经意地接受科学家们毕生都在为之奋斗的工作。如果你把表格看成一个整体,一些大的趋势开始显现,告诉我们一个元素将如何与另一个元素发生反应。

在我们看到这些趋势之前,快速回顾一下化学可能会更好。首先,金属与非金属反应形成离子化合物.非金属的原子从金属原子中获得一个或多个价电子。当一个原子得到或失去一个价电子时,它就形成一个离子.质子多于电子的离子带正电,称为a阳离子(来自金属)。带电子比质子多的离子带负电,称为离子阴离子(来自非金属)。最后,两个离子都有一个完整的外层能级。第二,非金属倾向于共享电子,这样两个原子都有完整的外层能级;它们形成共价化合物.但是你怎么知道哪一种元素会与哪一种元素反应生成离子或共价化合物?这取决于以下几个因素:

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  • 电离能:去除第一个价电子所需的能量
  • 电负性:一种衡量原子与价电子结合紧密程度的方法
  • 核电荷:原子核中带正电的质子与能级上带负电的电子之间的引力。质子越多,核电荷就越大。
  • 屏蔽内电子倾向于保护外电子不受原子核引力的影响。价电子和原子核之间的能级越多,屏蔽作用就越大。

让我们看看这些因素是如何帮助预测任意两种元素会发生何种类型的化学反应的。

如果你看元素周期表,电离能趋向于在一列向下移动时减少,而在一个周期内从左到右移动时增加。当你比较第1组和第2组的元素(左边)和第16组和第17组的元素(右边)时,你会发现第1组的元素电离能更低,不会紧紧抓住价电子,更倾向于形成阳离子。所以,第1组和第2组的元素倾向于形成离子化合物。

像电离能,电负性沿着一列向下递减从左到右沿着一个周期向下递增。所以氟比锂更容易从其他元素那里得到电子。两种元素之间电负性的差异将决定它们是交换电子(离子化合物)还是共享电子(共价化合物)。你可以利用电离能和电负性的趋势来预测两个元素是否会形成离子或共价化合物。

最后,当你沿着表往下走时,核电荷增加,而屏蔽在整个周期内保持不变,但当你沿着列往下走时,屏蔽增加。这些趋势告诉你原子的大小。原子和离子越往下越大,因为屏蔽效应超过了核电荷的影响,所以原子核和电子之间的吸引力变弱,原子的尺寸就会变大。相反,随着时间的推移,原子会变小,因为原子核的电荷效应大于屏蔽效应,所以原子核和电子之间的引力更大,原子的尺寸就变小了。

很难相信一张可怜的纸能包含这么多的信息。

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