【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第三章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律

§3-6元素周期律

核外電子排布的周期性和元素性質(zhì)遞變的關(guān)系

【01】我們?cè)凇?-3里已經(jīng)研究了原子核外電子排布的情況【山注，2-3-03，傳送門CV21542662】。圖3·8中從氫到鉀這19個(gè)元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖，是按照它們核電荷數(shù)從小到大的順序而排列的。也就是說(shuō)，某元素的核電荷是幾，它排列的順序數(shù)就是幾。我們把元素按照它們的核電荷數(shù)從小到大進(jìn)行排列的順序數(shù)，叫做原子序數(shù)。例如，氫原子的核電荷數(shù)是1，排在第1，所以它的原子序數(shù)是1。氦原子的核電荷數(shù)是2，排在第2，所以它的原子序數(shù)是2。鉀原子的核電荷數(shù)是19，排在第19，所以它的原子序數(shù)是19，等等。顯然，原子序數(shù)就是原子的核電荷數(shù)。

【02】從圖3·8還可以看到，隨著原子序數(shù)（即核電荷數(shù)）的遞增，原子最外層電子數(shù)的增加是有一定的規(guī)律的，這就是：第一橫列里，從氫到氦，最外層電子數(shù)從1個(gè)增加到2個(gè)；第二橫列里，從鋰到氖，最外層電子數(shù)從1個(gè)依次遞增到8個(gè)；第三橫列里，從鈉到氬，和第二橫列里的一樣，最外層電子數(shù)也是從1個(gè)依次遞增到8個(gè)。如果我們把這個(gè)圖里未列出的元素，也按它們?cè)有驍?shù)遞增順序排列下去，同樣可以發(fā)現(xiàn)，它們的最外電子層里的電子數(shù)也總是由1個(gè)遞增到8個(gè)，由此可知，隨著各元素的原子序數(shù)的依次遞增，它們的原子的最外層電子數(shù)就呈現(xiàn)出周期性的變化。

【03】在上面二節(jié)的學(xué)習(xí)中【山注，2-3-04/05，傳送門CV21563958、CV21564696】，我們清楚地看到，元素的性質(zhì)和電子層的結(jié)構(gòu)，特別是最外層電子數(shù)有著密切的關(guān)系。所以原子的最外層電子數(shù)的周期性變化，也必然會(huì)表現(xiàn)在各種元素和它的化合物的性質(zhì)上.，現(xiàn)在我們把原子序數(shù)1~18的各元素的化合價(jià)、金屬性質(zhì)和非金屬性質(zhì)，以及它們最高價(jià)氧化物的水化物的酸堿性等，列于表3·3（見(jiàn)插頁(yè)）。

【04】從表3·3里可以看到，隨著原子序數(shù)的遞增，元素和它們的化合物的性質(zhì)，有規(guī)律地變化著。我們先看從鋰到氖這8個(gè)元素性質(zhì)的變化：

1、化合價(jià)

【05】正化合價(jià)逐漸增大。從碳開(kāi)始出現(xiàn)了負(fù)化合價(jià)，并且負(fù)化合價(jià)從-4（碳）逐漸變化到-1（氟）；最后一個(gè)元素氖的化合價(jià)是零。

2、金屬性和非金屬性

【06】鋰是一個(gè)非?；顒?dòng)的金屬，鈹?shù)慕饘倩顒?dòng)性比鋰弱，硼已經(jīng)主要表現(xiàn)出非金屬性質(zhì)，硼后面的四個(gè)元素碳、氮、氧、氟都是非金屬，而非金屬性質(zhì)依次增強(qiáng)，氟是一個(gè)非?；顒?dòng)的非金屬元素。所以，從鋰到氟，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)。最后一個(gè)元素氖，既沒(méi)有金屬的性質(zhì)，也沒(méi)有非金屬的性質(zhì)。

3、氧化物的水化物的酸堿性

【07】第一個(gè)元素鋰的氧化物的水化物（即）是一個(gè)強(qiáng)堿，而第三個(gè)元素硼的氧化物的水化物（即）已是一個(gè)弱酸，到了后面第五個(gè)元素氮，它的氧化物的水化物（即）已是一個(gè)強(qiáng)酸了。所以，隨著原子序數(shù)的逐漸增大，各元素的氧化物的水化物，堿性逐漸減弱，酸性逐漸增強(qiáng)。

【08】如果再來(lái)看一看緊跟在氖后面的8個(gè)元素（即從鈉到氬）性質(zhì)的變化，我們就不難發(fā)現(xiàn)，這8個(gè)元素的化合價(jià)、金屬性質(zhì)和非金屬性質(zhì)以及氧化物的水化物的酸堿性等方面，都和從鋰到氖這8個(gè)元素同樣地變化著。

【09】所以可以說(shuō)，元素和它們的化合物的性質(zhì)，隨著原子序數(shù)的遞增而變化著。但是這種變化并不是連續(xù)不斷地變下去，而是每隔一定數(shù)目的元素，后面的元素的性質(zhì)基本上重復(fù)出現(xiàn)著前面元素的性質(zhì)，也就是說(shuō)，元素性質(zhì)的變化是周期性的。如果把從鋰到氖和從鈉到氬各排成一排，并使性質(zhì)相似的元素上下對(duì)齊，那末，元素性質(zhì)的周期性變化就能看得更清楚了。

【山注，此處的A表示的是氬。而如今教材中，氬的化學(xué)符號(hào)是Ar】

【10】這兩排元素都是從一種最活動(dòng)的金屬開(kāi)始，以一種惰性氣體結(jié)尾。上下對(duì)齊的元素，如鋰與鈉，鈹與鎂，…，它們都具有相似的性質(zhì)。

【11】如果根據(jù)氫的化合價(jià)是1，氦的化合價(jià)是0的特點(diǎn)，把它們各放在相同化合價(jià)的元素鋰和氖的上面，這樣就如圖3·8的排列。這使我們清楚地看到，元素性質(zhì)周期性的遞變，是原子核外電子排布的周期性的反映。

【12】原子序數(shù)在18以后的元素的性質(zhì)，同樣地起著周期性變化，從原子序數(shù)是19的鉀元素起，新的一排元素又開(kāi)始了。鉀的性質(zhì)跟鈉的性質(zhì)相似，原子序數(shù)是20的鈣的性質(zhì)跟鎂的性質(zhì)相似，……

元素周期律

【13】根據(jù)以上的敘述，我們可以概括出元素性質(zhì)變化的規(guī)律，這個(gè)規(guī)律就叫做元素周期律。就是：元素以及它們所形成的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)，都隨著元素的原子序數(shù)（核電荷數(shù)）的遞增而有周期性的變化。

【14】元素周期律是在1869年俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫吸取前人和群眾實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的。他根據(jù)當(dāng)時(shí)已知的元素（僅63種）和從大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)的分析和概括，得出：元素以及由它所組成的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)，都隨著元素的原子量的遞增而有周期性的變化。當(dāng)時(shí)由于人們對(duì)原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)和研究，所以門捷列夫只能以元素的原子量著手，從原子量的遞變來(lái)研究元素性質(zhì)的變化。今天，人們對(duì)原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)已有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，知道了元素原子量的遞增與原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)的遞增有著密切的關(guān)系，因此就可以更本質(zhì)地來(lái)說(shuō)明元素的性質(zhì)所以具有周期性變化的真正原因，這就是由于元素的原子隨著核電荷數(shù)的遞增，核外電子(主要指最外層上的電子)周期性地重復(fù)著同樣排布的緣故。

習(xí)題3-6

1、什么叫做原子序數(shù)？它和元素的核電荷數(shù)，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，核外電子數(shù)存在著怎樣的關(guān)系？

2、硒()元素的原子序數(shù)是34，原子量是79。畫出它的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，并寫出原子核里所含的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)和核外的電子數(shù)。

3、什么叫做元素周期律？為什么元素的性質(zhì)會(huì)隨著元素的原子的核電荷數(shù)依次遞增而出現(xiàn)周期性的變化？

4、你怎樣理解“元素的性質(zhì)具有周期性變化”這句話？舉例說(shuō)明。

5、原子序數(shù)從11到17的各元素的原子結(jié)構(gòu)上有什么異同之處，有什么規(guī)律性？

6、寫出原子序數(shù)從11到17的各元素的最高價(jià)氧化物的分子式，和它們相應(yīng)水化物的分子式，并注上它們的名稱。

7、原子序數(shù)從3到18的各元素，它們最高價(jià)氧化物的水化物的組成和性質(zhì)的周期性變化表現(xiàn)在哪些方面？它們?cè)谶@些水化物里的化合價(jià)是怎樣改變的。