元素周期/原子的电子组态与元素周期表
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| 一) 周期与能级关系 |
| 元素周期表有7行，即7个周期。从各元素原子的电子层结构可知，当主量子数n依次增加时，n每增加1个数值就增加一个新的电子层，周期表上就增加一个周期。因此，元素在周期表中所处的周期数（用阿拉伯数字表示）就等于它的最外电子层数n。而每一个周期所含原子数目与对应能级组最多能容纳的电子数目一致。能级组和周期性的关系可参见表9-4。 |
在第4周期中，从21号钪(Sc)到30号锌(Zn)，它们新增的电子都是填充到3d轨道上，这10种元素称为第4周期过渡元素。从39号元素钇(Y)到48号元素镉(Cd)，新增的电子都是填充到4d轨道上，这10种元素称为第5周期过渡元素。在第6周期中，从57号元素镧(La)到70号元素镱(Yb)，新增的电子都是依次填充在4f轨道上，这14种元素习惯上称为镧系元素。从71号元素镥(Lu)到80号元素汞(Hg)，新增加的电子则依次填充到5 d轨道上，这也是过渡元素。第7周期，从87号元素钫(Fr)到112号元素（未有中文名）Uub，共25种元素是不完全周期，可以预计这一周期也应有32种元素，其中从89号元素锕(Ac)到102号元素锘(No)，称为锕系元素。 |
| （二）族与原子的电子组态 |
| 主族：周期表中共有7个主族，ⅠA～ⅦA，凡内层轨道全充满，最后1个电子填入ns或np亚层上的，都是主族元素，价层电子的总数等于族数（用罗马数字表示）,即等于ns、np两个亚层上电子数目的总和。例如元素13Al，核外电子排布是1s22s22p63s23p1，电子最后填入3p亚层，价层电子构型为3s23p1，价层电子数为3，故为ⅢA族。 |
| 零族元素：（有的教材将其划归ⅧA）是稀有气体，其最外层也已填满，呈稳定结构。 |
| 副族元素：在族号罗马字后加“B”表示副族，副族全是金属元素。周期表中共有ⅠB～ⅦB 7个副族。凡最后一个电子填入（n－1）d或(n –2 )f亚层上的都属于副族，也称过渡元素(transition element),其中镧系和锕系称为内过渡元素(inner transition element)。ⅢB～ⅦB族元素，价电子总数等于(n－1)d、ns两个亚层电子数目的总和，也等于其族数。例如元素25Mn的填充次序是1s22s22p63s23p63d54s2，价层电子构型是3d54s2，所以是ⅦB族。ⅠB、ⅡB族由于其(n – 1)d亚层已经填满，所以最外层ns亚层上电子数等于其族数。 |
Ⅷ族：它处在周期表的中间，共有三个纵列。最后1个电子填在(n－1)d亚层上，也属于过渡元素。但它们外层电子的构型是(n – 1)d6～10ns0,1,2,电子总数是8～10。此族多数元素在化学反应中的价数并不等于族数。 |
（三）元素在周期表中的分区 |
根据价层电子组态的特征，可将周期表中的元素分为5个区，这实际上是把价层电子构型相似的元素集中在一个区（参见图8-11）
元素在周期表中的分区示意图 |
| s区元素：最后1个电子填充在ns轨道上，价层电子的构型是ns1或ns2，位于周期表的左侧，包括ⅠA和ⅡA族，它们都是活泼金属，容易失去电子形成+1 或+2价离子。 |
| p区元素：最后1个电子填充在np轨道上，价层电子构型是ns2np1～6，位于长周期表右侧，包括ⅢA～ⅦA族元素。大部分为非金属。0族稀有气体也属于p区。 |
| s区和p区的共同特点是：最后1个电子都排布在最外层，最外层电子的总数等于该元素的族数。s区和p区就是按族划分的周期表中的主族。 |
| d区元素：它们的价层电子构型是(n－1)d1～9ns1～2，最后1个电子基本都是填充在倒数的第二层(n－1)层d轨道上的元素，位于长周期的中部。这些元素都是金属，常有可变化的氧化值，称为过渡元素。它包括ⅢB～Ⅷ族元素。 |
| ds区元素：价层电子构型是(n－1)d10ns1～2，即次外层d轨道是充满的，最外层轨道上有1～2个电子。它们既不同于s区，也不同于d区，故称为ds区，它包括ⅠB和ⅡB族，处于周期表d区和p区之间。它们都是金属，也属过渡元素。 |
f区元素：最后1个电子填充在f轨道上，价层电子构型是：（n－2）f 0～14ns2,或(n – 2)f 0～14(n－1)d 0～2ns2，它包括镧系和锕系元素（各有14种元素），由于本区包括的元素较多，故常将其列于周期表之下。它们的最外层电子数目相同，次外层电子数目也大部分相同，只有外数第三层的电子数目不同，所以每个系内各元素的化学性质极为相似，都为金属，将它们称为内过渡元素。 |
实例分析：已知某元素的原子序数为25，试写出该元素原子的电子排布式，并指出该元素在周期表中所属周期、族和区。 |
解 该元素的原子应有25个电子。根据电子填充顺序，它的电子排布式应为1s22s22p63s22p63d54s2或写成[Ar]3d54s2。其中最外层电子的主量子数n = 4，所以它属于第4周期的元素。最外层电子和次外层d电子总数为7，所以它位于ⅦB族。3d电子未充满，应属于d区元素。 |
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