元素周期表 · PeriodicLab

三维元素周期表:118 种元素升起成柱,看原子半径、电负性、电离能的周期律;拖动温度看物态变化,播放元素发现史,在长式表、螺旋与同心环之间变形,点开任一元素看原子结构与单质。

学科:化学 · 适用学段:初中、高中 · 知识点:周期律、电子层、物态与温度、元素发现史

章节内容

认识周期表

118 种元素按原子序数(核电荷数)从小到大排成 7 个横行和 18 个纵列。横行叫周期,同一周期元素的原子电子层数相同;纵列叫族,同一族元素的原子最外层电子数相同,化学性质相似。

颜色表示元素的类别。点右侧图例里的类别,看看金属、非金属和稀有气体各在表的哪里;点任意一个方块,打开它的特写。

电子层与周期

换成同心环排布:第 n 圈就是第 n 周期,这一周期元素的原子都有 n 个电子层。每一圈的格数依次是 2、8、8、18、18、32、32,正是每个周期所含的元素数目。

打开钠的特写:钠原子有 3 个电子层,排布为 2、8、1,最外层只有 1 个电子,很容易失去,所以钠非常活泼。再看看同一族的钾。

原子半径与电负性

方块升起成柱,柱高表示原子半径。同一周期从左到右,核电荷数增大而电子层数不变,原子核对外层电子的吸引增强,半径逐渐减小;同一族从上到下,电子层数增多,半径逐渐增大。所以左下角的铯、钫最大。

再换成电负性:它衡量原子在化合物中吸引电子的能力,规律正好相反,越往右上越大,氟最大(3.98)。稀有气体一般不标电负性。

电离能的锯齿

第一电离能是气态原子失去一个电子所需的最低能量。看右侧的折线图:每个周期都从碱金属的低谷爬到稀有气体的高峰,像一排锯齿,这就是周期律最直观的样子。

细看第 2 周期还有两处小拐点:Be 比 B 高、N 比 O 高。Be 的 2s 轨道全充满、N 的 2p 轨道半充满,结构比较稳定,失去电子更难。

物态与温度

拖动温度,看每种单质在常压下是固态、液态还是气态。室温(298 K)下只有溴和汞是液体,11 种元素是气体,全都是非金属。

降到 10 K,除氦以外全部凝固;升到 303 K,镓和铯也熔化了,镓放在手心就会熔化。再升到 3000 K 以上,金属发出白炽的光;钨的熔点高达 3695 K,是熔点最高的金属。

元素发现史

古代人认识的元素只有十来种。按下播放,看元素按发现的年份一个个点亮:18 世纪的化学分析、19 世纪初的电解、1860 年代的光谱分析,每出现一种新方法,就有一批新元素被发现。

1869 年门捷列夫排出周期表时只知道 63 种元素。他大胆地为未知元素留下空位,并预言了它们的性质,后来发现的镓、钪、锗证实了他的预言。

螺旋与同心环

周期表不止一种画法。螺旋周期表把元素排成一条连续的螺线,每绕一圈是一个周期,同一族的元素落在同一条“辐条”上,强调元素的性质随原子序数周期性地重复。

选一个族,用光线把同族元素串起来,再在长式表、螺旋和同心环之间切换,看这条线怎样跟着变化。

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