元素週期/元素性質的週期變化規律

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有效核電荷

在多電子原子中，最外層的電子由於受到內層電子的遮罩作用，它所受到的核電荷應是有效核電荷Z－σ。
例如，Li原子(1s22s1)最外層的1個電子所受到的總遮罩常數為σ=2×0.85=1.7，因而它受到的有效核電荷為3－1.7=1.3。實驗證明，原子的核電荷隨原子序數的增加而增加，但有效核電荷卻呈現週期性的變化，如圖8-12所示

有效核電荷週期性變化曲線示意圖

。每個週期，從左到右，有效核電荷由小到大，短週期增長明顯，長週期增加較慢，f區元素幾乎不增加。

原子半徑

一般所說的原子半徑(atomic radius)有三種：以共價單鍵結合的兩個相同原子核間距離的一半稱為共價半徑(covalent radius)；單質分子晶體中相鄰分子間兩個非鍵合原子核間距離的一半稱為范德華半徑(van der Waals radius)；金屬單質的晶體中相鄰兩個原子核間距離的一半稱為金屬半徑(metallic radius)。表8-5列出了各種原子的原子半徑，表中除稀有氣體為范德華半徑外，均為共價半徑。

表8--4 各種原子的原子半徑

H
37

He
54

Li
156

Be
105

B
91

C
77

N
71

O
60

F
67

Ne
80

Na
186

Mg
160

Al
143

Si
117

P
111

S
104

Cl
99

Ar
96

K
231

Ca
197

Sc
161

Ti
154

V
131

Cr
125

Mn
118

Fe
125

Co
125

Ni
124

Cu
128

Zn
133

Ga
123

Ge
122

As
116

Se
115

Br
114

Kr
99

Rb
243

Sr
215

Y
180

Zr
161

Nb
147

Mo
136

Tc
135

Ru
132

Rh
132

Pd
138

Ag
144

Cd
149

In
151

Sn
140

Sb
145

Te
139

I
138

Xe
109

Cs
265

Ba
210

La
169

Hf
154

Ta
143

W
137

Re
138

Os
134

Ir
136

Pt
139

Au
144

Hg
147

Tl
189

Pb
175

Bi
155

Po
167

At
145

Rn
140

Fr
270

Ra
220

Ac
200

從表看出，原子半徑隨原子序數的增加呈現週期性變化。這與原子有效核電荷的週期性變化相關。因為有效核電荷愈大，對外層電子的吸引力愈大，原子半徑就愈小。各週期的主族從左到右，電子層數不變，有效核電荷增加明顯，原子半徑的逐漸減少也就比較明顯。長週期中的過渡元素原子半徑先是緩慢縮小然後略有增大。內過渡元素，有效核電荷變化不大，原子半徑幾乎不變。表中稀有氣體原子半徑突然增大，因為它是van der Waals半徑。

同一主族從上到下，由於電子層數增加，使遮罩效應明顯加大，所以原子半徑遞增。

元素電負性

有些元素形成化合物時，既不是完全失去電子，也不是完全得到電子，如NH3中的N和H。因此不能僅僅從電離能（某氣態原子失去一個電子，變成一個氣態正一價離子所需吸收的最低能量，稱為該元素的第一電離能）來衡量元素的金屬性或從電子親和能（一個氣態的基態原子與一個電子結合形成一個氣態的負一價離子所放出的能量，稱為該元素的第一電子親合能）來衡量元素的非金屬性，需要把兩者結合起來考慮。鮑林在1932年引入電負性(electronegativity)的概念。所謂電負性是指元素的原子在分子中吸引電子的能力的相對大小，電負性大，原子在分子中吸引電子的能力強，反之就弱。鮑林是根據熱化學的資料和分子的鍵能計算出電負性的數值，見表8-6。

表8-5 鮑林的元素電負性

H
2.18

Li
0.98

Be
1.57

B
2.04

C
2.55

N
3.04

O
3.44

F
3.98

Na
0.93

Mg
1.31

Al
1.61

Si
1.90

P
2.19

S
2.58

Cl
3.16

K
0.82

Ca
1.00

Sc
1.36

Ti
1.54

V
1.63

Cr
1.66

Mn
1.55

Fe
1.80

Co
1.88

Ni
1.91

Cu
1.90

Zn
1.65

Ga
1.81

Ge
2.01

As
2.18

Se
2.55

Br
2.96

Rb
0.82

Sr
0.95

Y
1.22

Zr
1.33

Nb
1.60

Mo
2.16

Tc
1.90

Ru
2.28

Ru
2.20

Pd
2.20

Ag
1.93

Cd
1.69

In
1.73

Sn
1.96

Sb
2.05

Te
2.10

I
2.66

Cs
0.79

Ba
0.89

La
1.10

Hf
1.30

Ta
1.50

W
2.36

Re
1.90

Os
2.20

Ir
2.20

Pt
2.28

Au
2.54

Hg
2.00

Tl
2.04

Pb
2.33

Bi
2.02

Po
2.00

At
2.20

Fr
0.7

Ra
0.9

Ac
1.1

元素的電負性也呈現週期性的變化：同一週期中，從左到右電負性遞增；同一主族中，從上到下電負性遞減。副族元素電負性沒有明顯的變化規律。

元素電負性的大小可用以衡量元素的金屬性和非金屬性的強弱。一般地說，金屬元素的電負性在2.0以下，非金屬的電負性在2.0以上，但這不是一個嚴格的界限。氟電負性最大，位於週期表的右上方，是非金屬性最強的元素。

電負性有廣泛的應用，電負性資料和其他鍵參數結合，可以預測化合物中化學鍵的類型。


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