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第二节 原子结构和元素性质
1、 原子外层电子结构和元素分区
元素周期系形成是因为元素原子核外电子排布发生周期性反复。 周期表中元素可依据原子外层电子结构特征划分为5个区。 图所表示:
（1）s区元素: 最外层除有两个1～2个s电子, 次外层无d电子, 价电子构型ns1～2, 包含IA、 IIA族全部元素。
（2）p区元素: 最外层除有两个s电子外, 还有1～6个p电子（He无p电子）。 价电子构型为ns2np1～6, 包含ⅢA→ⅦA和零族（He除外）。
（3）d区元素: 最外层有两个s电子, 次外层有1～8个d电子, 价电子构型为(n–1)d1～8ns2（部分例外）, 这个区包含ⅢB→Ⅷ族, 其中Ⅷ族包含三个竖列。
（4）ds区元素: 最外层有1～2个s电子, 次外层d电子全满, 价电子构型为（n–1）d10ns1～2, 包含IB, IIB族元素。
（5）f区元素: 最外层有两个s电子, 次外层s电子和p电子已全满, d电子0～2个, 倒数第三层1～14个f电子（部分例外）。 价电子构型为(n–2)f0～14(n–1)d0～2ns2。 这个区指包含镧在内镧系元素和包含锕在内锕系元素。
2、 核外电子排布和周期表关系
周期表有7个横行, 表示七个周期; 18个纵行。 从左到右, 各主副族元素排列次序已在元素分区示意图中反应出来了。 通常把周期表各副族元素和第Ⅷ族元素叫过渡元素。 除零族外, 周期表共有三大部分: ①主族元素, 在表中左右两端; ②过渡元素, 在表中部; ③镧系和锕系, 在表底部。
（1）元素电子层数＝周期数。
（2）主族元素原子价层电子数＝该元素在周期表中族数。
当主族元素失去全部价电子后, 表现出该元素最高氧化态。
（3）副族元素（除镧系、 锕系外）
ⅢB→ⅦB可失去ns2和(n–1)d轨道上全部电子。 所以, 最高正价数＝族数。
Ⅷ族可失去最外层s电子和次外层部分d电子, 所以最高正价低于族数(8), 只有Ru和Os可表现八价。
I B可失去ns1电子和部分(n–1)d电子, 所以I B族数＜最高正价, II B只失去ns2电子, II B族数＝最高正价。
3、 核外电子排布和元素周期系
元素周期系形成是因为元素原子核外电子排布发生周期性反复结果。
依据原子核外电子排布标准和原子光谱试验结果, 能够得到各元素原子电子层结构。
元素原子电子排布展现周期性改变, 依据这种改变可将周期系分为7个周期、 16个族或18列。
第一周期只包含H、 He两种元素, 其电子组态为1s1~2。
第二周期包含从Li到Ne共8种元素, Li、 Be电子组态为[He]2s1~2, B到Ne电子组态为[He]2s22p1~6。
第三周期和第二周期相同, 包含从Na到Ar共8种元素, Na、 Mg电子组态为[Ne]3s1~2, Al到Ar电子组态为[Ne]3s23p1~6。
第一、 二、 三周期元素中, 电子依次排布在s和p轨道, 包含元素较少, 称为短周期。
第四面期包含从K到Kr共18种元素。 由鲍林原子轨道近似能级图可知: 第四面期元素3d和4s轨道出现能级交错, 即E3d＞E4s, K、 Ca最终一个电子依次填充在4s轨道, 其电子组态为[Ar]4s1~2。 从21号元素Sc到30号元素Zn, 最终一个电子依次填充在3d轨道, 电子组态为[Ar]4s23d1~10。 但Cr、 Cu例外, 电子组态分别为[Ar]4s13d5, [Ar]4s13d10。 从31号元素Ga到36号Kr, 最终一个电子依次填充在4p轨道, 电子组态为[Ar]4s23d104p1~6。
第五周期和第四面期类似, 包含从37号元素Rb到54号元素Xe共18种元素。 其中Rb、 Sr最终一个电子填充在5s轨道, 其电子组态为[Kr]5s1~2。 从39号元素Y到48号元素Cd共10种元素, 最终一个电子依次填充在4d轨道, 电子组态为[Kr]5s24d1~10。
4、 元素性质周期性改变
元素性质指元素金属性、 非金属性、 元素关键化合价、 原子半径、 元素第一电离能、 电负性。
项目
同周期（从左到右）
同主族（从上到下）
最外层电子数（价电子）
由1逐步增到7
相同
关键化合价
最高正价由＋1→＋7
负价由－4→－1
最高正价相同（除F、 O外）
原子半径
逐步减小（稀有气体除外）
逐步增大
金属性和非金属性
金属性减弱、 非金属性增强
金属性增强、 非金属性减弱
单质氧化性和还原性
氧化性逐步增强、 还原性逐步减弱
氧化性逐步减弱, 还原性逐步增强
最高价氧化物对应水化物酸碱性
酸性逐步