元素週期/原子的電子組態與元素週期表

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) 週期與能級關係
    元素週期表有7行,即7個週期。從各元素原子的電子層結構可知,當主量子數n依次增加時,n每增加1個數值就增加一個新的電子層,週期表上就增加一個週期。因此,元素在週期表中所處的週期數(用阿拉伯數字表示)就等於它的最外電子層數n。而每一個週期所含原子數目與對應能級組最多能容納的電子數目一致。能級組和週期性的關係可參見表9-4

    在第4週期中,從21號鈧(Sc)30號鋅(Zn),它們新增的電子都是填充到3d軌道上,這10種元素稱為第4週期過渡元素。從39號元素釔(Y)48號元素鎘(Cd),新增的電子都是填充到4d軌道上,這10種元素稱為第5週期過渡元素。在第6週期中,從57號元素鑭(La)70號元素鐿(Yb),新增的電子都是依次填充在4f軌道上,這14種元素習慣上稱為鑭系元素。從71號元素鑥(Lu)80號元素汞(Hg),新增加的電子則依次填充到5 d軌道上,這也是過渡元素。第7週期,從87號元素鈁(Fr)112號元素(未有中文名)Uub,共25種元素是不完全週期,可以預計這一週期也應有32種元素,其中從89號元素錒(Ac)102號元素鍩(No),稱為錒系元素

二)族與原子的電子組態
主族:週期表中共有7個主族,ⅠA~ⅦA,凡內層軌道全充滿,最後1個電子填入nsnp亞層上的,都是主族元素,價層電子的總數等於族數(用羅馬數字表示),即等於nsnp兩個亞層上電子數目的總和。例如元素13Al,核外電子排布是1s22s22p63s23p1,電子最後填入3p亞層,價層電子構型為3s23p1,價層電子數為3,故為ⅢA族。
零族元素:(有的教材將其劃歸ⅧA)是稀有氣體,其最外層也已填滿,呈穩定結構。
副族元素:在族號羅馬字後加“B”表示副族,副族全是金屬元素。週期表中共有ⅠB~ⅦB 7個副族。凡最後一個電子填入(n1d(n –2 )f亞層上的都屬於副族,也稱過渡元素(transition element),其中鑭系和錒系稱為內過渡元素(inner transition element)。ⅢB~ⅦB族元素,價電子總數等於(n1)dns兩個亞層電子數目的總和,也等於其族數。例如元素25Mn的填充次序是1s22s22p63s23p63d54s2,價層電子構型是3d54s2,所以是ⅦB族。ⅠB、ⅡB族由於其(n – 1)d亞層已經填滿,所以最外層ns亞層上電子數等於其族數。

Ⅷ族:它處在週期表的中間,共有三個縱列。最後1個電子填在(n1)d亞層上,也屬於過渡元素。但它們外層電子的構型是(n – 1)d610ns0,1,2,電子總數是810。此族多數元素在化學反應中的價數並不等於族數。

(三)元素在週期表中的分區

    根據價層電子組態的特徵,可將週期表中的元素分為5個區,這實際上是把價層電子構型相似的元素集中在一個區(參見圖8-11

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元素在週期表中的分區示意圖

s區元素:最後1個電子填充在ns軌道上,價層電子的構型是ns1ns2,位於週期表的左側,包括ⅠA和ⅡA族,它們都是活潑金屬,容易失去電子形成+1   或+2價離子。
p區元素:最後1個電子填充在np軌道上,價層電子構型是ns2np16,位於長週期表右側,包括ⅢA~ⅦA族元素。大部分為非金屬。0族稀有氣體也屬於p區。
s區和p區的共同特點是:最後1個電子都排布在最外層,最外層電子的總數等於該元素的族數。s區和p區就是按族劃分的週期表中的主族。
d區元素:它們的價層電子構型是(n1)d19ns12,最後1個電子基本都是填充在倒數的第二層(n1)d軌道上的元素,位於長週期的中部。這些元素都是金屬,常有可變化的氧化值,稱為過渡元素。它包括ⅢB~Ⅷ族元素。
ds區元素:價層電子構型是(n1)d10ns12,即次外層d軌道是充滿的,最外層軌道上有12個電子。它們既不同於s區,也不同於d區,故稱為ds區,它包括ⅠB和ⅡB族,處於週期表d區和p區之間。它們都是金屬,也屬過渡元素。

f區元素:最後1個電子填充在f軌道上,價層電子構型是:(n2f 014ns2,(n – 2)f 014(n1)d 02ns2,它包括鑭系和錒系元素(各有14種元素),由於本區包括的元素較多,故常將其列於週期表之下。它們的最外層電子數目相同,次外層電子數目也大部分相同,只有外數第三層的電子數目不同,所以每個系內各元素的化學性質極為相似,都為金屬,將它們稱為內過渡元素

實例分析:已知某元素的原子序數為25,試寫出該元素原子的電子排布式,並指出該元素在週期表中所屬週期、族和區。

解  該元素的原子應有25個電子。根據電子填充順序,它的電子排布式應為1s22s22p63s22p63d54s2或寫成[Ar]3d54s2。其中最外層電子的主量子數n = 4,所以它屬於第4週期的元素。最外層電子和次外層d電子總數為7,所以它位於ⅦB族。3d電子未充滿,應屬於d區元素。

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