【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第三章原子结构和元素周期律

§3-6元素周期律

核外电子排布的周期性和元素性质递变的关系

【01】我们在§3-3里已经研究了原子核外电子排布的情况【山注，2-3-03，传送门CV21542662】。图3·8中从氢到钾这19个元素的原子结构示意图，是按照它们核电荷数从小到大的顺序而排列的。也就是说，某元素的核电荷是几，它排列的顺序数就是几。我们把元素按照它们的核电荷数从小到大进行排列的顺序数，叫做原子序数。例如，氢原子的核电荷数是1，排在第1，所以它的原子序数是1。氦原子的核电荷数是2，排在第2，所以它的原子序数是2。钾原子的核电荷数是19，排在第19，所以它的原子序数是19，等等。显然，原子序数就是原子的核电荷数。

【02】从图3·8还可以看到，随着原子序数（即核电荷数）的递增，原子最外层电子数的增加是有一定的规律的，这就是：第一横列里，从氢到氦，最外层电子数从1个增加到2个；第二横列里，从锂到氖，最外层电子数从1个依次递增到8个；第三横列里，从钠到氩，和第二横列里的一样，最外层电子数也是从1个依次递增到8个。如果我们把这个图里未列出的元素，也按它们原子序数递增顺序排列下去，同样可以发现，它们的最外电子层里的电子数也总是由1个递增到8个，由此可知，随着各元素的原子序数的依次递增，它们的原子的最外层电子数就呈现出周期性的变化。

【03】在上面二节的学习中【山注，2-3-04/05，传送门CV21563958、CV21564696】，我们清楚地看到，元素的性质和电子层的结构，特别是最外层电子数有着密切的关系。所以原子的最外层电子数的周期性变化，也必然会表现在各种元素和它的化合物的性质上.，现在我们把原子序数1~18的各元素的化合价、金属性质和非金属性质，以及它们最高价氧化物的水化物的酸碱性等，列于表3·3（见插页）。

【04】从表3·3里可以看到，随着原子序数的递增，元素和它们的化合物的性质，有规律地变化着。我们先看从锂到氖这8个元素性质的变化：

1、化合价

【05】正化合价逐渐增大。从碳开始出现了负化合价，并且负化合价从-4（碳）逐渐变化到-1（氟）；最后一个元素氖的化合价是零。

2、金属性和非金属性

【06】锂是一个非常活动的金属，铍的金属活动性比锂弱，硼已经主要表现出非金属性质，硼后面的四个元素碳、氮、氧、氟都是非金属，而非金属性质依次增强，氟是一个非常活动的非金属元素。所以，从锂到氟，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。最后一个元素氖，既没有金属的性质，也没有非金属的性质。

3、氧化物的水化物的酸碱性

【07】第一个元素锂的氧化物的水化物（即）是一个强碱，而第三个元素硼的氧化物的水化物（即）已是一个弱酸，到了后面第五个元素氮，它的氧化物的水化物（即）已是一个强酸了。所以，随着原子序数的逐渐增大，各元素的氧化物的水化物，碱性逐渐减弱，酸性逐渐增强。

【08】如果再来看一看紧跟在氖后面的8个元素（即从钠到氩）性质的变化，我们就不难发现，这8个元素的化合价、金属性质和非金属性质以及氧化物的水化物的酸碱性等方面，都和从锂到氖这8个元素同样地变化着。

【09】所以可以说，元素和它们的化合物的性质，随着原子序数的递增而变化着。但是这种变化并不是连续不断地变下去，而是每隔一定数目的元素，后面的元素的性质基本上重复出现着前面元素的性质，也就是说，元素性质的变化是周期性的。如果把从锂到氖和从钠到氩各排成一排，并使性质相似的元素上下对齐，那末，元素性质的周期性变化就能看得更清楚了。

【山注，此处的A表示的是氩。而如今教材中，氩的化学符号是Ar】

【10】这两排元素都是从一种最活动的金属开始，以一种惰性气体结尾。上下对齐的元素，如锂与钠，铍与镁，…，它们都具有相似的性质。

【11】如果根据氢的化合价是1，氦的化合价是0的特点，把它们各放在相同化合价的元素锂和氖的上面，这样就如图3·8的排列。这使我们清楚地看到，元素性质周期性的递变，是原子核外电子排布的周期性的反映。

【12】原子序数在18以后的元素的性质，同样地起着周期性变化，从原子序数是19的钾元素起，新的一排元素又开始了。钾的性质跟钠的性质相似，原子序数是20的钙的性质跟镁的性质相似，……

元素周期律

【13】根据以上的叙述，我们可以概括出元素性质变化的规律，这个规律就叫做元素周期律。就是：元素以及它们所形成的单质和化合物的性质，都随着元素的原子序数（核电荷数）的递增而有周期性的变化。

【14】元素周期律是在1869年俄国化学家门捷列夫吸取前人和群众实践的经验教训的基础上发现的。他根据当时已知的元素（仅63种）和从大量的实验事实的分析和概括，得出：元素以及由它所组成的单质和化合物的性质，都随着元素的原子量的递增而有周期性的变化。当时由于人们对原子的内部结构还没有充分认识和研究，所以门捷列夫只能以元素的原子量着手，从原子量的递变来研究元素性质的变化。今天，人们对原子的内部结构已有了进一步的认识，知道了元素原子量的递增与原子核内质子数的递增有着密切的关系，因此就可以更本质地来说明元素的性质所以具有周期性变化的真正原因，这就是由于元素的原子随着核电荷数的递增，核外电子(主要指最外层上的电子)周期性地重复着同样排布的缘故。

习题3-6

1、什么叫做原子序数？它和元素的核电荷数，核内质子数，核外电子数存在着怎样的关系？

2、硒()元素的原子序数是34，原子量是79。画出它的原子结构简图，并写出原子核里所含的质子数、中子数和核外的电子数。

3、什么叫做元素周期律？为什么元素的性质会随着元素的原子的核电荷数依次递增而出现周期性的变化？

4、你怎样理解“元素的性质具有周期性变化”这句话？举例说明。

5、原子序数从11到17的各元素的原子结构上有什么异同之处，有什么规律性？

6、写出原子序数从11到17的各元素的最高价氧化物的分子式，和它们相应水化物的分子式，并注上它们的名称。

7、原子序数从3到18的各元素，它们最高价氧化物的水化物的组成和性质的周期性变化表现在哪些方面？它们在这些水化物里的化合价是怎样改变的。