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物理化学

周期律 周期性

半径、电离能、电负性在周期表上规律变化。沿周期横向有效电荷增大、吸引更强;沿族向下增加壳层、半径变大。

周期表不是拿来背的清单,而是一张地图。元素所在的位置,就把它的性质告诉你。这一讲看三条流,也就是原子半径、电离能和电负性。这三条最终收成一个原因,外层电子实际感到的净拉力。沿周期向右,壳层不动,质子变多,拉力变大。沿族向下,新的壳层把电子往外推。第一张图按性质给表上色,让那条流被眼睛看见。位置说出性质。

在表上选一种性质。选半径,左下亮,右上暗。也就是半径向左、向下越大。选电离能或电负性,颜色几乎翻过来,右上变亮。按下元素,数值就出来。同一张表按性质变成完全不同的地图,这是核心。颜色显示这条流。

为什么会出那样的地图。先单独走半径。沿周期向右走一格,壳层数不动,质子加一个。于是外层电子感到的拉力变大,电子云被往里拉,半径缩小。反过来沿族向下,新壳层多出一个,外层电子坐到更远的壳层上,半径变大。把壳层数和 Zeff 的标记放在一起走,流就抓住了。壳层和拉力推动半径。

电离能是把电子一个一个剥下来所花的值。从钠 Na 上不停地剥电子。第一个电子是松松贴在外层的,便宜地掉下来。从下一个起就得打破内层,数值猛地跳上去。这个大的跳跃就是壳层的边界。跳跃出现在剥掉 1 个之后和剥掉 9 个之后,把电子排布 2, 8, 1 照原样露出来。跳跃指着壳层。

电负性是两个原子把成键电子对往自己这边拉的力。移动两个原子的差别。差别几乎没有,电子云停在中间,是非极性的键。差别变大,云被拉向拉力大的一侧,一边成为部分负电荷,另一边成为部分正电荷,这就是极性的键。差别非常大,电子实际上过去了,成为离子键。同一条原理,只是强度不同。差别分开键的种类。

现在把所有的流收成一个。外层电子实际感到的拉力由 Zeff = Z − S 定下。它是质子数减去内层电子挡住的量。加上质子,拉力变大,半径缩小,电离能和电负性变大。加上屏蔽电子,拉力变小,一切反向移动。横穿周期只是加质子,沿族向下是壳层和屏蔽一起加,所以三条流最终由这一个数说明。移动两个滑块,三根棒一起回应。一个数驱动三条流。

实际应用周期表是地图。越往左下半径越大,越往右上电离能和电负性越大。电离能的大跳跃露出壳层的边界,电负性的差别把键从非极性变成极性,再变成离子性。这一切流的方向盘只有一个,Zeff = Z − S。沿周期向右,拉力变大。沿族向下,壳层变多。看见位置,就看见性质。地图让人读出性质。
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