《元素周期律和元素周期表》讲义

《元素周期律和元素周期表》讲义同学们，咱们现在开始学习高中鲁科版（2019）必修第二册第1章原子结构元素周期律中的第2节元素周期律和元素周期表啦。这部分内容就像是化学世界里的一张大地图，可重要了呢。咱们先来讲讲元素周期律是怎么被发现的吧。很久以前，有很多化学家都在研究各种元素的性质。就像一群探险家在一个神秘的大森林里探索各种奇怪的生物（元素）一样。其中有一位化学家，他叫门捷列夫，他可就像一个超级侦探。门捷列夫发现呀，不同的元素有各种各样的性质，比如有的元素特别活泼，就像调皮捣蛋的小猴子，总是爱到处惹事（容易发生化学反应）；有的元素就很不活泼，像个老乌龟一样，慢悠悠的，不怎么愿意和别的元素反应。他开始收集元素们的各种信息，就像收集小卡片一样。每个小卡片上写着元素的名字、原子量、化学性质等等。他天天对着这些小卡片琢磨，就像玩拼图游戏一样，想把这些元素按照一定的规律排列起来。经过很长时间的研究，他发现了一个超级神奇的规律。当他按照原子量的大小把元素排列起来的时候，他发现元素的性质呈现出一种周期性的变化。这就好比是咱们一年有四季，春夏秋冬，周而复始。元素的性质也是这样，每隔一段“时间”（原子量的一定间隔）就会重复出现相似的性质。这就是元素周期律啦。那这个元素周期律到底体现在哪些方面呢？一、原子半径的周期性变化咱们先来说说原子半径。原子就像一个小星球一样，有自己的大小。不过这个大小可不是固定不变的，它会随着原子序数的增加而发生变化。在同一周期（横行）里，从左到右，原子序数越来越大，原子半径却越来越小。这就好比是一群小朋友排队，从左边开始，越往右边走，每个小朋友占的地方就越小。为什么会这样呢？这是因为随着原子序数的增加，原子核带的正电荷也越来越多，就像一个大磁铁的吸力越来越强，它对外面的电子的吸引力也就越来越大，把电子就拉得更靠近原子核了，所以原子半径就变小了。比如说，在第二周期，锂（Li）原子半径比较大，而到了氟（F）原子半径就小很多了。我给你们讲个好玩的事儿，有一次我做实验，想比较锂和氟在和其他物质反应时的区别。我把锂和氟分别和水反应。锂和水反应的时候，反应速度比较慢，而且产生的现象也不是特别剧烈。但是氟和水反应的时候，那可不得了，就像一场小爆炸一样，非常剧烈。这就是因为氟的原子半径小，它对电子的吸引力强，化学性质非常活泼。在同一族（竖列）里呢，从上到下，原子半径是越来越大的。这就像盖房子一样，楼层越高，房子占的地方就越大。因为每往下一层，就多了一层电子层，就像房子多盖了一层一样，原子半径当然就大了。二、元素化合价的周期性变化元素的化合价也是有规律的。在周期表中，主族元素的最高正化合价等于它所在的族序数。比如说，第一主族的元素，像钠（Na），它的最高正化合价就是＋1价。这就像每个小组都有自己的编号一样，这个编号就决定了这个小组里的元素的最高正化合价。而且，元素的化合价还有奇偶性的规律呢。一般来说，主族元素的最高正化合价和最低负化合价的绝对值之和等于8。这就像一个小秘密一样，掌握了这个秘密，咱们就能更好地预测元素的化合价了。我记得有一次考试，有一道题就是让我们根据元素周期表预测一种没学过的元素的化合价。很多同学都不会做，但是如果掌握了这个规律，就很容易啦。我当时就想到了这个规律，很快就把答案写出来了。三、金属性和非金属性的周期性变化1、金属性的变化金属性呢，就是元素表现出像金属一样的性质的能力。在同一周期里，从左到右，金属性是逐渐减弱的。还是拿第二周期举例，锂（Li）的金属性就比铍（Be）强。锂和水反应能产生氢气，而铍和水反应就比较困难。这是因为随着原子序数的增加，原子核对最外层电子的吸引力增强，原子失去电子的能力就减弱了，所以金属性就减弱了。在同一族里，从上到下，金属性是逐渐增强的。就像碱金属族，从上到下，锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs），它们的金属性越来越强。我给你们讲个有趣的观察，我把钠和钾分别放在水里。钠放在水里的时候，会在水面上快速游动，发出嘶嘶的声音，还会熔化成一个小球。而钾放在水里的时候，反应更加剧烈，甚至还会产生轻微的爆炸。这就说明钾的金属性比钠强。2、非金属性的变化而非金属性呢，就是元素表现出像非金属一样的性质的能力。在同一周期里，从左到右，非金属性逐渐增强。比如说，第二周期里，碳（C）的非金属性就比硼（B）强。在同一族里，从上到下，非金属性逐渐减弱。像卤族元素，氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）、砹（At），从上到下，非金属性越来越弱。我曾经做过一个小实验，比较氯和碘的氧化性（氧化性是非金属性的一种表现）。我把碘化钾溶液和氯水混合，发现溶液变成了棕黄色，这是因为氯把碘离子氧化成了碘单质，这就说明氯的氧化性比碘强，也就是氯的非金属性比碘强。那元素周期表又是什么样子的呢？元素周期表就像一个大的方阵，横的叫周期，竖的叫族。一、周期周期就像楼层一样，有短周期（第一、二、三周期），这些周期里包含的元素比较少，就像矮楼层里住的人少一样。还有长周期（第四、五、六、七周期），这里面包含的元素就多啦，就像高楼层里住的人多。每个周期开头的元素一般都是金属元素，结尾的元素一般都是非金属元素或者是稀有气体元素。二、族族呢，就像一个个小家庭一样。有主族和副族。主族元素的化学性质比较有规律，副族元素的化学性质就稍微复杂一点。主族又分为第ⅠA族、第ⅡA族等等，副族有第ⅠB族、第ⅡB族等等。还有一个特殊的0族，这里面都是稀有气体元素，它们就像一群很害羞的小居民，不怎么和别的元素反应，自己过自己的小日子。元素周期表还有很多重要的意义呢。一、预测元素的性质根据元素在周期表中的位置，我们可以预测它的性质。就像根据一个人的家庭住址，我们可以大概猜出他的一些生活习惯一样。比如说，如果一个新发现的元素在卤族元素下面，我们就可以预测它的非金属性比较强，可能颜色比较深，和氢气反应比较剧烈等等。二、寻找新材料科学家们可以根据元素周期表去寻找新的材料。比如，我们想要找一种导电性好、熔点高的金属，就可以在周期表的过渡金属区域去找。现在很多高科技材料，像超导材料等，都是科学家们根据元素周期表的规律去研究开发的。三、对化学学习的帮助对于我们学习化学来说，元素周期表就像一个大字典。当我们学习一种新的元素的时候，我们可以根据它在周期表中的位置，去联想它和周围元素的相似性和差异性，这样就能更好地掌握这个元素的性质了。在学习元素周期律和元素周期表的时候，有几个难点需要大家注意哦。一、原子半径变化规律的理解尤其是在理解同一族里原子半径从上到下逐渐增大的时候，要理解是因为电子层数的增加导致的。有的同学可能会想，原子序数增加了，原子核的吸引力也增加了，为什么半径还会增大呢？这就需要我们深刻理解电子层增加这个因素的主导作用。二、元素化合价规律的应用在应用元素最高正化合价和最低负化合价的绝对值之和等于8这个规律的时候，要注意一些特殊情况，比如氧（O）和氟（F），它们的化合价就比较特殊，不完全遵循这个规律。所以在做题的时候要特别小心。三、金属性和非金属性强弱比较的实验依据在比较金属性和非金属性强弱的时候，我们通过很多实验现象来判断。但是有些实验