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2.5: 元素周期表
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Chemistry

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The Periodic Table
 
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2.5: 元素周期表

随着早期化学家发现更多的元素,他们意识到可以通过相似的化学行为对各种元素进行分组。一种这样的分组包括锂(Li),钠(Na)和钾(K)。所有这些元素都是有光泽的,导热和导电性好,并且具有相似的化学性质。第二类包括钙(Ca),锶(Sr)和钡(Ba),它们也是有光泽的,良好的热和电导体,并且具有共同的化学性质。然而,这两个分组的具体性质彼此明显不同。例如,锂(Li),钠(Na)和钾(K)的反应性比钙(Ca),锶(Sr)和钡(Ba)高得多。另外,锂(Li),钠(Na)和钾(K)以两个原子与一个氧原子的比率与氧形成化合物,而钙(Ca),锶(Sr)和钡(Ba)形成一个原子与一个氧原子的化合物。氟(F),氯(Cl),溴(Br)和碘(I)也表现出相似的性质,但是这些性质与上述任何元素都大不相同。

俄罗斯的狄米特里·门捷列夫(Dimitri Mendeleev,1869)和德国的洛萨·迈尔(Lothar Meyer,1870)独立地认识到当时已知元素的性质之间存在周期性关系。这两个表均根据原子质量的增加排列了元素。然而,门捷列夫比迈尔走了一步。他用他的表来预测元素的存在,这些元素的性质类似于铝和硅,但尚不为人所知。镓gallium(1875年)和锗germanium(1886年)的发现为门捷列夫的工作提供了重要的支持。尽管门捷列夫和迈尔在优先权上存在长期争论,但门捷列夫对元素周期表发展的贡献现在得到了更广泛的认可。

到20世纪,很明显,周期性关系涉及原子数而不是原子质量。关于这种关系的现代说法是周期定律,它陈述如下:元素的性质是其原子序数的周期函数。现代的元素周期表以原子序号从小到大的顺序排列元素,并将具有相似属性的原子分组在同一垂直列中。每个框代表一个元素,并包含其原子序数,符号,平均原子质量和(有时)名称。

这些元素按七个水平行(称为周期或系列)和18个垂直列(称为组)排列。组被标记在每列的顶部。为了使表格适合单个页面,通常将两行的一部分(共14列)写在表格的主体下方。

许多元素的化学和物理性质差异很大,但某些元素的行为相似。例如,许多元素看起来有光泽,具有延展性和韧性,并能很好地传导热量和电流。其他元素没有光泽、没有可延展性或韧性,并且是热和电的不良导体。这些元素可以分为具有共同特性的大类:金属(光泽,可延展的元素,良好的热和电导体-黄色阴影),金属(具有光泽的元素)。非金属(看起来暗淡,热和电不良的元素-红色阴影);和准金属(导热性和电性适中的元素,并具有金属的某些特性和非金属的某些特性-阴影为紫色)。

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在标记为1、2和13 18的列中,这些元素也可以分为主要组元素(或代表元素)。标记为3到12的列中的过渡金属;表格底部的两行和内部过渡金属。表格底部的上排元素是镧系元素(lanthanides),下排元素是锕系元素(actinides)。元素可以进一步细分为更具体的属性,例如它们形成的化合物的组成。例如,第1组(第一列)中的元素形成的化合物由该元素的一个原子和一个氢原子组成。这些元素(氢除外)被称为碱金属,并且它们都具有相似的化学性质。第2组(第二列)中的元素形成由该元素的一个原子和两个氢原子组成的化合物:这些被称为碱土金属,在该组成员之间具有相似的性质。

其他具有特定名称的族群是光气原(第15组),硫族元素(第16组),卤素(第17组)和稀有气体(第18组,也称为惰性气体)。这些基团也可以用该组的第一个元素来表示:例如,硫族元素可以称为氧基团或氧族。氢是一种独特的非金属元素,其性质类似于第1组和第17组元素。 因此,氢可能会显示在两个组的顶部或单独显示。

元素43 (锝,technetium),元素61 (钷,promethium) 以及大多数原子序数为84 (钋,polium) 及更高的元素的原子质量在方括号中给出。 可以对完全由不稳定的放射性同位素组成的元素进行此操作(放射性在核化学章节中有更详细的介绍)。 无法确定这些元素的平均原子量,因为它们的放射性同位素可能会根据来源而相对丰度发生显着变化,甚至可能不存在于自然界中。 方括号中的数字是原子质量数,它是该元素最稳定同位素的近似原子质量。

“> Openstax 化学2e,第2.5节:元素周期表。

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