1.前言
这张图相信从初中三年级开始大家就见到了吧,它是一张元素周期表。各种各样的材料所组成的基本元素都列在这张小小的表里面,如果你厌烦了老师只会念教科书般的说教,不如跟着小Q的步伐,换一种角度来看这张表。
元素周期表2.如何理解族?
如同前面的文章材料视界——趣谈电子所提到,将原子比作一个城市,电子比作城市里的居民,而价电子就是那群最活跃、最不守规矩的不安定分子。那么,不妨将具有相同价电子结构的元素放在一起,就像几个生活习俗相近的城市组成一个省。而“省”这个概念对应了元素周期表中的“族”。
第一主族的电子排布式根据分类,族又分为主族、副族(包括第八族元素)以及0族元素,0族的电子结构最稳定,这些城市既不会让居民轻易流出,也不让其它的居民迁徙过来,所以这一族元素的化学性质很不活泼,可以理解成一个闭关锁国的状态。
0族元素而主族与副族的价电子又有所不同,主族元素的价电子一般是最外层电子,而副族元素的价电子却很奇特,可以是最外层电子也可以是次外层电子,甚至是倒数第三层电子。我们熟知的铁的氧化物有氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁,甚至在铁酸钠(Na2FeO4)里面,铁居然呈现+6价。理论上存在+8价,即4s23d6这八个电子全部消失。
铁的电子排布图不过即使是同族元素,物理和化学性质相似,也会有所不同,就像一个省里面各个城市之间也会有差异一样,举一个比较简单的例子:Si和C,两个元素同属于第四主族,但是碳就不能像硅那样做半导体。
3.如何理解周期?
元素周期表的横行代表周期,我们不妨这样来看,还是把元素周期表里的原子当做一个城市,我们比较一下同纬度的跨省城市特性,这个纬度就是周期。比如我国由西部到中部到东部,经济水平逐渐递增,所以城市里人口流动的趋势基本是由西部到中部,再由中部流向东部。
中国年人口分布图想想看,如果我们将外层最活跃的价电子想象成年轻人,那大部分的年轻人肯定向往经济发达的地区,那么西边的省年轻人就容易迁出流向东部,无论纬度怎么变化,这种周而复始的规律是不变的。元素周期表里的规律跟我国人口流动的规律非常一致,这里首先了解一下电负性这个概念,这个电负性就像城市的吸引力,下图便是元素周期表的电负性分布:
电负性分布图横向看这这张表,每一行就像一个周期,元素的电负性由左到右逐渐递增,因此我们可以看到,当左边的元素和右边的元素相遇时,左边的元素丢失了最外层的电子,右边的元素得到了电子。不仅仅是电负性,原子半径、电导率都会呈现这种周期性变化。
4.材料与元素周期表
除了上述的化学行为外,元素的物理性质也随元素周期表中的位置而系统变化。例如,大多数位于表中心的金属(IIIB到IIB组)是良好的电和热导体,而非金属元素的导电和导热性较差。
元素导电性与元素周期表关系在力学性能方面,金属元素表现出不同程度的延展性——在不断裂的情况下塑性变形的能力。大多数非金属要么是气体,要么是液体,要么在固态中是脆性的。
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