1.2.8 元素周期律

原子半径（Atomic radius）为从原子核中心到最外层电子的平均距离。

第1电离能（Ionization energy）为从某原子中除去第1个电子所需的最小能量。

电子亲和能（Electron affinity）为使某原子吸附一个电子所释放的能量。

原子半径图

原子的第1电离能图

原子的电子亲和能图
前6周期的灰色元素的电子亲合能为负数

• 思考1：请观察以上各元素的原子半径，第1电离能，和电子亲和能图。图片来源 请各位野生的门捷列夫们总结出一些规律出来，可能需要以下数据作为参考。

• 第二周期的各原子的核外电子排布如下所示（各位也可尝试自行写出其核外电子排布）：
• [He]2s¹
• [He]2s²
• [He]2s²2p¹
• [He]2s²2p²
• [He]2s²2p³
• [He]2s²2p⁴
• [He]2s²2p⁵
• [He]2s²2p⁶
• 第三周期的各原子的核外电子排布如下所示：
• [Ne]3s¹
• [Ne]3s²
• [Ne]3s²3p¹
• [Ne]3s²3p²
• [Ne]3s²3p³
• [Ne]3s²3p⁴
• [Ne]3s²3p⁵
• [Ne]3s²3p⁶

同一族中的元素，价电子排布（几乎完全）相同。这导致同一族中的元素化学性质相似，元素的化学性质随原子序数的增大而呈现出周期性变化。

以原子半径为例，每一周期中（即元素周期表每一横行中），从左至右，原子的半径逐渐缩小。而从18族到下一个周期的1族元素中，电子填充进下一层原子轨道内，导致原子半径突然增大。

• 思考2（超纲警告）：为什么同一周期，原子半径逐渐缩小？

第1电离能和电子亲和能表的规律略有复杂，但总体而言仍呈规律性分布。

由于亚层处于全空，半满，全满时，原子较为稳定（洪特规则）。所以一些族的元素的第1电离能相对较大（不容易失去电子），同时电子亲和能相对较小（不容易结合电子），包括：

• 第2族，s亚层全满，且d亚层全空（n-1d⁰ ns²）（Ca，Sr，Ba）

• 第7族，d亚层半满（n-1d⁵ ns²）（Mn，Tc，Re）

• 第12族，d亚层全满，且p亚层全空（n-1d¹⁰ ns²）（Zn，Cd，Hg）

• 第15族，p亚层半满（n-1d¹⁰ ns² np³）（N，P，As，Sb，Bi）

• 第18族，s，p，d亚层全满，最稳定（n-1d¹⁰ ns² np⁶）（Ne，Ar，Kr，Xe，Rn）

处于这些稳定族的后一族（3，8，13，16，1族）的元素失去一个电子后形成相对稳定的结构，故其第1电离能较小。其中，第1族的元素的第1电离能最小。

处于这些稳定族的前一族（1，6，11，14，17族）的元素得到一个电子后形成相对稳定的结构，故其电子亲合能较大。其中，第17族的元素的电子亲合能最大。

• 思考3：第2电离能为从某原子中除去第2个电子所需的最小能量。猜测哪一族的第2电离能最小？

元素的其他物理、化学性质也或多或少呈现出周期性。此外，有些性质（比如熔点，沸点，密度）不能简单地应用元素周期律，而要考虑物质的构成方式。

对本节内容有贡献的科学家包括：

门捷列夫：发现了元素周期律

莫斯利：确定原子的原子序数，表述了元素周期律