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高一~高中二年级 (15-17岁)

高中化学 周期表与元素性质

元素周期表把元素按原子序数排列，并在适当位置折行，使电子排布相似的元素落在同一纵列。 同族元素价电子数相同，化学性质相似；在同一周期中，从左到右原子半径、电离能和电负性都有规律地变化。 这三种趋势都可以用原子核对最外层电子的吸引有多强，也就是有效核电荷和电子层数来解释。 图中的小周期表用颜色深浅标出 1 ~ 20 号元素的实际数值，切换性质时，横向和纵向的趋势会一起显现。

周期表为什么是这个样子

💡 位置就是电子排布
①同族（纵列）元素价电子数相同：第 1 族都以 ns¹ 结尾，是容易失去一个电子的活泼金属
②同周期（横行）元素的电子层数相同：第 3 周期元素都有三个电子层
③周期表的形状正好对应轨道的填充顺序：第 1、2 族是 s 轨道被填充的位置，第 13 ~ 18 族是 p 轨道被填充的位置
④门捷列夫留下空位，预言了尚未发现的元素的性质，后来发现的镓和锗与他的预言非常吻合

1 ~ 20 号元素的周期性质

原子半径
🔍 比较三种趋势
①原子半径在同一周期中从左到右逐渐减小：第 3 周期中 Na 的 186 pm 接近 Cl 的 99 pm 的两倍
②同一族中从上到下逐渐增大，因为每往下一格就多一个电子层
③电离能与半径相反，从左到右增大、从上到下减小；虚线框是违背这一走向的例外
④电负性以 F（4.0）最大，第 18 族几乎不成键，因此不规定其数值

三种趋势的根源：有效核电荷

原子半径
同一周期 → 减小 | 同一族 ↓ 增大
同一周期中有效核电荷增大，把电子拉得更近；同一族中电子层增多，原子变大
电离能
同一周期 → 增大 | 同一族 ↓ 减小
从 1 mol 气态原子中移去 1 mol 电子所需的能量
电负性
同一周期 → 增大 | 同一族 ↓ 减小
共价键中原子吸引共用电子对的能力；F 为 4.0，最大
💡 什么是有效核电荷
①原子核中的质子数就是核电荷 Z
②内层电子挡在原子核与外层电子之间，削弱了核的吸引，这叫作屏蔽效应
③最外层电子实际感受到的核电荷就是有效核电荷，它比 Z 小
④在同一周期中向右移动，质子一个个增加，而同一层的电子彼此屏蔽很弱，所以有效核电荷增大
⑤有效核电荷增大，电子被抓得更紧：半径减小，电离能和电负性增大

电离能的例外

📐 第 2 族 > 第 13 族，第 15 族 > 第 16 族
①Be（900）> B（801）：B 的最外层电子在 2p 上，2p 的能量比 2s 高，更容易移去
②N（1402）> O（1314）：O 的第四个 2p 电子要进入已有电子的轨道与之成对，相互排斥，因而更容易移去
③第 3 周期也一样：Mg（738）> Al（578），P（1012）> S（1000）。在图中选择电离能时，这八个格子会用虚线框标出
④所以同一周期中电离能并非总是增大，在第 2 族和第 15 族之后各下降一次

动手算一算

例题 1
在同一周期中，原子序数增大时原子半径如何变化？为什么？
1
同一周期中越往右质子越多，而加到同一层的电子彼此屏蔽很弱。
同一周期：质子数 ↑ → 有效核电荷 ↑
2
电子层数不变而核的吸引增强，电子被拉向核，所以半径减小。
电子层数相同 + 有效核电荷 ↑ → 半径减小
▸ 原子半径减小
图中第 3 周期那一行从 Na 的 186 pm 到 Cl 的 99 pm 颜色逐渐变蓝，就是这个趋势。
例题 2
₁₁Na 和 ₁₇Cl 中哪一个的第一电离能更大？（两者都在第 3 周期）
1
同一周期中越往右有效核电荷越大，电子越难移去。
同一周期：越往右电离能 ↑
2
Cl 在 Na 的右边，所以电离能更大。实际数值是 Na 496 kJ/mol，Cl 1251 kJ/mol。
Cl（1251）> Na（496）
▸ Cl
Na 失去一个电子后与 Ne 的电子排布相同，十分稳定，所以容易变成 Na⁺；Cl 则倾向于得到电子而不是失去电子。

总结

2023 评价院模考化学Ⅰ类题改编
下列第 3 周期元素中，原子半径最大的是哪一种？
①Na
②Mg
③Al
④Si
⑤Cl
▸ ① Na
1
同一周期中越靠左的元素有效核电荷越小，半径越大。
2
Na 是第 3 周期最左边（第 1 族）的元素，所以半径最大。
Na（186 pm）> Mg（160）> Al（143）> Si（117）> Cl（99）
🎯 考试重点
①原子半径：同周期从左到右减小，同族从上到下增大
②电离能和电负性与半径的趋势相反，注意电离能在第 2 族和第 15 族的例外
③电负性 F 最大，其次是 O
④第 18 族不规定电负性
⑤三种趋势都用有效核电荷和电子层数来解释
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