高中化学:化学元素周期表 原子结构
19世纪的门捷列夫在冥思苦想过后,终于在一场梦里整合了看起来杂乱无章的自然界,在无序的世界里找到了宇宙的源代码,并用一张元素周期表为这些神秘的符号划定了边界

常见的元素周期表有7横行18纵列

每一行叫做一个周期每一列为一个族

第8,9,10列合为一个族,

因此元素周期表有7个周期,16个族

我们发现元素周期表的元素大部分是金属元素,它们位于元素周期表的左边

剩下的小部分是非金属元素,它们位于周期表的右边


我们从元素周期表中可以得到哪些信息呢? 


在一个陌生的城市要想不迷路可以查阅它的地图,而在化学世界里遨游,同样的,我们也要学会看元素周期表,从中获取我们所要的信息。


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我们来看氧元素


右上角的字母“O”则是该元素的元素符号

左上角的数字“8”则是元素的原子序数


原子序数是人们为了方便查找,在元素周期表中按元素原子核电荷数递增的顺序给元素编的号。在数值上原子序数等于核电荷数。

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正下方的数字则表示该元素的平均相对原子质量氧元素的平均相对原子质量是16.00。


高中化学:化学元素周期表 原子结构  第3张


值得我们注意的是相对原子质量是一个比值,它的单位并不是“g”。


总结起来,我们可以从元素周期表中得知某一元素的位置,以及它的元素名称、元素符号、原子序数或者说是核电荷数和平均相对原子质量。


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高中化学:化学元素周期表 原子结构  第5张

原子的质量很小,在使用过程中极不方便。那么如何避免这种麻烦呢?


1959年,国际纯粹与应用化学联合会制定了通用的相对原子质量标准


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利用这个标准通过计算我们知道:

高中化学:化学元素周期表 原子结构  第7张

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相对原子质量(原子量):

1个氢原子质量约为1.67×10^-27 kg,一个氧原子质量约为2.657×10^-26kg,书写使用都不方便.

所以国际上用相对质量来进行基本计算:以一种碳原子质量的1/12作为标准(约1.67×10^-27kg),其他原子与它相比较,所得的比值,作为这种原子的相对原子质量,简称原子量,符号为Ar,单位为1,不写.

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可见整个原子的质量集中在原子核上,这也是卢瑟福的金箔散射实验所揭示的。


一、原子的构成


1、原子体积很小,原子核更小,原子不是实心球

2、原子的结构



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3、原子不带电的原因


由于原子核内质子所带电荷与核外电子的电荷数量相等,电性相反,因此,原子不显电性。

4、核电荷数=质子数=核外电子数

(1)不是所有的原子都含有中子。

(2)质子数=核外电子数

(3)同一原子中,质子数不一定等于中子数。

(4)不同种类的原子核内质子数不同。



二、核外电子排布



1、原子核外有很大空间,电子在这个空间里作高速运动


2、核外电子的分层运动叫做分层排布


3、离核近的电子能量低,离核远的电子能量高


4、核外电子排布规律

(1)核外电子是分层排列的,从里到外1,2,3,4,5,6,7,最多7层。

(2)第一层最多2个电子,第二层最多8个电子,当电子层超过三层时,倒数第二层不超过18个电子;当电子层超过四层时,倒数第三层最多不超过32个电子,最外层不超过8个电子。

(3)最外层8个电子的结构叫做稳定结构(特殊的是稀有气体中的氦是最外层2个电子)。

(4)金属原子最外层电子数<4易失电子。

(5)每层最多排2×(n)^2个电子(n表示层数)

(6)非金属原子最外层电子数≥4 容易得到电子. 化学性质不稳定

(7)稀有气体最外层电子数是8个. He:(2个)不得不失(达到最稳定状态,所以稀有气体性质较稳定)。

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5、原子结构示意图

(1)各电子层最多容纳的电子数目是2n2。

(2)其次,最外层电子数目不超过8个(K层为最外层时不超过2个)。

(3)第三,次外层电子数目不超过18个,倒数第三层电子数目不超过32个。核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层里,然后再由里往外依次排布在能量逐步升高的电子层里。


(4)原子结构示意图的意义

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6、原子最外层有8个电子(氦为2个电子)的结构是相对稳定结构

7、原子种类与原子结构的关系

原子分类

最外层电子数

得失电子倾向

化学性质

稀有气体

8(He2

不易得失

稳定

金属

一般<4

易失去最外层电子

不稳定

非金属

一般≥4

易得到最外层电子

不稳定

8、原子的最外层电子数决定原子的化学性质。

9、一般情况下,最外层电子数相同的原子具有相似的化学性质;特例:氦(He)和镁(Mg)最外层电子数相同,化学性质不相似


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原子内部结构示意图


上世纪初,科学家卢瑟福就开始着手研究原子结构。他用α粒子轰击金箔,结果大多数的α粒子都穿过了金箔,有少数的α粒子发生了较大的偏折,极其小数的α粒子偏转角度超过了90度,有的甚至是直接180度角反弹回来。

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那卢瑟福的实验能说明什么呢?

这个实验告诉我们,原子是很空旷的,并且并不存在一层外壳包裹着;除此之外,原子核远比我们想象中的要小得多。如果我们把原子看成像足球场那么大,那么原子核大概也就是一只蚂蚁那么大。那么问题就来了,原子明明是空空如也,为什么原子构成的万物都实实在在?

四大基本相互作用

要搞清楚这个问题,我们就得先来了解一下宇宙中的四大基本相互作用。上世纪,科学家发现,在宇宙存在着四种基本相互作用,分别是强相互作用弱相互作用电磁相互作用引力相互作用。那它们有什么呢?

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我们所处的宇宙是一个物质主导的宇宙,构成物质的基本单位是基本粒子,比如:夸克、电子、中微子等等,这类粒子也被称为费米子。如果把一坨基本粒子放一起,它们是很难构成物质的。这就需要有“粘合剂”,而相互作用起到了粘合剂的作用。不同的相互作用的作用范围不同,强度也不同,起到了不同的“粘合剂”作用。

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强相互作用和弱相互作用确保了原子核结构得以形成。电磁相互作用确保了原子结构得以形成;引力相互作用则是物质之间相互吸引的作用力。那么问题来了,四大基本作用是通过什么样的方式实现的呢?

科学家发现,它们依靠的是另外一种实实在在的物质,我们把它们叫做:。最被人所熟悉的“场”应该就是电磁场了。电磁场可以传递电磁相互作用。

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如果“场”是一种物质,那么场应该也有自身的“基本粒子”,我们把这种粒子叫做玻色子。电磁场对应的玻色子就是光子。也就是说,电磁力是依靠传递光子来实现相互作用的。同理,强相互作用是依靠胶子来传递作用的;弱相互作用是依靠W玻色子和Z玻色子来传递作用的。

以上我们说的这套理论被称为粒子物理标准模型,这个模型目前已经统一了电磁相互作用和弱相互作用,部分统一了强相互作用。在这个理论中,科学家还假设了“引力子”是传递引力相互作用的玻色子,只不过"引力子”的假设还存在很多问题。

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多说一句,除了这些玻色子之外,还有一种玻色子是赋予粒子质量的,这个玻色子被叫做希格斯玻色子,也被称为上帝粒子。

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原子间的相互作用

了解了这些,我们再来看开头的问题:原子明明是空空如也,为什么原子构成的万物都实实在在?

很明显,原子之间的相互作用必然是电磁相互作用,这是因为原子核外是存在着电子的。所以,本质上应该是原子里的电子和其他原子里的电子发生电磁相互作用。

当然,这么说其实并不严谨。这是因为我们还没有说清楚:电子到底是什么状态?

著名的量子力学奠基人海森堡曾经提出一个不确定性原理。这个不确定性原理告诉我们,电子的位置和动量信息是无法同侧测准的,如果你测准了位置信息,就测不准动量信息,测准了动量信息,就无法测准位置信息。那这个理论有什么用呢?

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这个理论告诉我们电子在原子核的状态和宏观物体是不同的,它是呈现电子云的形式。具体来说就是,电子出现在原子核外的任意位置,我们只知道它出现在某个位置的概率,但我们无法同时知道它的位置和动量信息。你可以理解成电子无处不在,同时存在于任意位置。

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也就是说,原子间的相互作用实际上是原子核外的电子云之间的电磁相互作用,同时它们要满足泡利不相容原理,说白了就是电子需要按着某种规则排排坐,状态不能重叠。这就使得原子即便是空空如也,也不会彼此穿过,原子才能构成物质。





中英文版元素周期表

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新增元素
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113号、115号、117号、118号四个元素的中文名称


2016年11月28日,IUPAC正式确认113号,115号,117号,118号四个新发现元素的英文名称及符号分别为nihonium (Nh),moscovium (Mc),tennessine (Ts),oganesson (Og)。2017年5月9日,中国科学院、国家语言文字工作委员会、全国科技名词委员会联合发布四个新元素中文命名。最新版元素周期表包含118个元素,已全部填满7个周期。联合国已正式将2019年定为国际化学元素周期表年。



素周期表记忆方法


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拼音助记法


氢(qīng) 氦(hài)

锂(lǐ) 铍(pí) 硼(péng) 碳(tàn) 氮(dàn) 氧(yǎng) 氟(fú) 氖(nǎi)

钠(nà) 镁(měi) 铝(lǚ) 硅(guī) 磷(lín) 硫(liú) 氯(lǜ) 氩(yà)

钾(jiǎ) 钙(gài) 钪(kàng) 钛(tài) 钒(fán) 铬(gè) 锰(měng) 铁(tiě) 钴(gǔ) 镍(niè) 铜(tóng) 锌(xīn) 镓(jiā) 锗(zhě) 砷(shēn) 硒(xī) 溴(xiù) 氪(kè)

铷(rú) 锶(sī) 钇(yǐ) 锆(gào) 铌(ní) 钼(mù) 锝(dé) 钌(liǎo) 铑(lǎo) 钯(pá) 银(yín) 镉(gé) 铟(yīn) 锡(xī) 锑(tī) 碲(dì) 碘(diǎn) 氙(xiān)

铯(sè) 钡(bèi) 镧(lán) 铪(hā) 钽(tǎn) 钨(wū) 铼(lái) 锇(é) 铱(yī) 铂(bó) 金(jīn) 汞(gǒng) 铊(tā) 铅(qiān) 铋(bì) 钋(pō) 砹(ài) 氡(dōng)

钫(fāng) 镭(léi) 锕(ā) 钅卢(lú) 钅杜(dù) 钅喜(xǐ) 钅波(bō) 钅黑(hēi) 钅麦(mài) 钅达(dá) 钅仑(lún)

镧(lán) 铈(shì) 镨(pǔ) 钕(nǚ) 钷(pǒ) 钐(shān) 铕(yǒu) 钆(gá) 铽(tè) 镝(dí) 钬(huǒ) 铒(ěr) 铥(diū) 镱(yì) 镥(lǔ)

锕(ā) 钍(tǔ) 镤(pú) 铀(yóu) 镎(ná) 钚(bù) 镅(méi) 锔(jū) 锫(péi) 锎(kāi) 锿(āi) 镄(fèi) 钔(mén) 锘(nuò) 铹(láo)


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自我介绍法

 

我是氢,我最轻,火箭靠我运卫星;

我是氦,我无赖,得失电子我最菜;

我是锂,密度低,遇水遇酸把泡起;

我是铍,耍赖皮,虽是金属难电离;

我是硼,有点红,论起电子我很穷;

我是碳,反应慢,既能成链又成环;

我是氮,我阻燃,加氢可以合成氨;

我是氧,不用想,离开我就憋得慌;

我是氟,最恶毒,抢个电子就满足;

我是氖,也不赖,通电红光放出来;

我是钠,脾气大,遇酸遇水就火大;

我是镁,最爱美,摄影烟花放光辉;

我是铝,常温里,浓硫酸里把澡洗;

我是硅,色黑灰,信息元件把我堆;

我是磷,害人精,剧毒列表有我名;

我是硫,来历久,沉淀金属最拿手;

我是氯,色黄绿,金属电子我抢去;

我是氩,活性差,霓虹紫光我来发;

我是钾,把火加,超氧化物来当家;

我是钙,身体爱,骨头牙齿我都在;

我是钛,过渡来,航天飞机我来盖;

我是铬,正六铬,酒精过来变绿色;

我是锰,价态多,七氧化物爆炸猛;

我是铁,用途广,不锈钢喊我叫爷;

我是铜,色紫红,投入硝酸气棕红;

我是砷,颜色深,三价元素夺你魂;

我是溴,挥发臭,液态非金我来秀;

我是铷,碱金属,沾水烟花钾不如;

我是碘,升华烟,遇到淀粉蓝点点;

我是铯,金黄色,入水爆炸容器破;

我是钨,高温度,其他金属早呜呼;

我是金,很稳定,扔进王水影无形;

我是汞,有剧毒,液态金属我为独;

我是铀,浓缩后,造原子弹我最牛;

我是镓,易融化,沸点很高难蒸发;

我是铟,软如金,轻微放射宜小心;

我是铊,能脱发,投毒出名看清华;

我是锗,可晶格,红外窗口能当壳;

我是硒,补人体,口服液里有玄机;

我是铅,能储电,子弹头里也出现;

我是钡,不太贵,钡餐焰火我都会;

我是氡,放射凶,居室污染很严重。


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周期助记法

 

第一周期:

氢 氦→ 侵害。

第二周期:

锂 铍 硼 碳 氮 氧 氟 氖 → 鲤皮捧碳,蛋养福奶。

第三周期:

钠 镁 铝 硅 磷 硫 氯 氩 → 那美女桂林留绿牙(有点恐怖)。

第四周期:

钾 钙 钪 钛 钒 铬 锰 → 嫁改康太反革命

铁 钴 镍 铜 锌 镓 锗 → 铁姑捏痛新嫁者

砷 硒 溴 氪 → 生气 休克

第五周期:

铷 锶 钇 锆 铌 → 如此一告你

钼 锝 钌 → 不得了

铑 钯 银 镉 铟 锡 锑 → 老把银哥印西堤

碲 碘 氙 → 滴点咸

第六周期:

铯 钡 镧 铪 →彩色贝壳蓝色河

钽 钨 铼 锇 → 但见乌鸦引来鹅

铱 铂 金 汞 砣 铅 → 白巾 供它牵

铋 钋 砹 氡 → 必不爱冬天

第七周期:

钫 镭 锕 → 防雷啊!


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超级酷炫人物助记法


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中文的化学元素周期表


在中国取名字是很有讲究的,农民出身文化程度不高的朱元璋当了皇帝后,却为后代取名立下了高大上的规范,很值得研究,也很有意思。


朱元璋有26个儿子,每个儿子的名字都是木字旁的,他给每个儿子定了一个辈分表;每个表20个字,从他的孙子开始依次向下起名字。


辈分表如:太子(朱标)家,允文遵祖训,钦武大君胜,顺道宜逢吉,师良善用晟;秦王家,尚志公诚秉,惟怀敬谊存,辅嗣资廉直,匡时永信惇;燕王(朱棣)家,高瞻祁见祐,厚载翊常由,慈和怡伯仲,简靖迪先猷等。


朱元璋又规定,从孙子辈开始,每一辈的第一个字使用辈分表中的字,第二个字必须带有一个五行的偏旁或组成部分,并且以火土金水木为顺序依次循环。


我们要知道五行相生的原理:土生金,金生水,水生木,木生火,火生土。


这大概是寄托着朱元璋的一种好的寓意吧。


朱元璋的子孙严格遵守这一规矩。


如明朝帝系:朱元璋的孙子建文帝叫朱允炆,后来帝系转到了燕王家。


燕王的儿子明仁宗叫朱高炽,是高字辈的火旁,宣宗瞻基,是瞻字辈的土旁,英宗祁镇,代宗祁钰是祁字辈的金旁,宪宗见深,是见字辈水旁,孝宗佑樘,是佑字辈木旁。


这时五行又从火重新开始,于是武宗厚照,世宗厚熜是厚字辈的火旁,一直传到由字辈的木旁,朱由校和朱由检为止,至此明朝灭亡。


高中化学:化学元素周期表 原子结构  第36张


这个规矩是好的,但是朱元璋没想到的是朱家的生育能力太强大了,明代皇家档案正式收录的人数,洪武初年是5人,到永乐年间增至127人,嘉靖三十二年增至19611人,而万历三十二年又增至8万多人。


皇子皇孙们给后代起名字的时候,既要避开祖宗的名讳,也不能和同辈们重名,只好在浩如烟海的汉字中找带金、木、水、火、土偏旁的生僻字。


甚至开始造字,出现了一些很奇葩的名字如:永和王朱慎镭;封丘王朱同铬;鲁阳王朱同铌;瑞金王——朱在钠等。


朱家皇室名字中涉及到的金属元素有锡、镭、铬、铌、汞、钠、铁、钴、钯、铜、铈、钾、锌、镧、钋、钛、锂、铍、镉、钒、铕、铬,有机化学领域有烷、烯、烃、炔以及一个盐类:鏻。当然,除了这些化学界的王爷,还有一个物理学界的王爷朱厚熵。


高中化学:化学元素周期表 原子结构  第37张


1869年,化学家徐寿想把俄国科学家门捷列夫的化学元素周期表介绍到中国来。


可面对一百多种生僻的元素符号,徐寿纠结了,怎样才能把它恰当地翻译成中文呢?


这些元素中有几样是徐寿知道的,

比如金银铜铁锡。

他发现这些元素都是金属,

名字还都是金字旁。

于是他就定了一条规矩:

所有金属,翻译的时候都用金字旁。

除了金属,元素中还有一大类是气体元素。

他又自然而然地定了第二条规矩:

所有气体元素,翻译的时候都用气字头。

剩下的呢,就都用石字旁。


高中化学:化学元素周期表 原子结构  第38张

徐寿(清末著名造船家、化学家、翻译家)


这时他意外地得到了朱家家谱,他发现这本家谱中有很多名字都与金属矿物有关,有些甚至直接和元素周期表中的元素符号表示的意义相同。


徐寿于是从这本家谱中选出几十个与元素周期表中的元素符号所表达意思相同的字,直接拿来借用。


对有些不太吻合的字进行了大胆地改造,如钾、钠、钙、镁、镍等。


他自己又根据汉字的组合规律和元素符号的性质进行了创新,他又造出了形象逼真的汉字来取代相对应的元素符号,终于解决了这一大难题。


只有两个是例外:

一个是汞,虽然是金属,

但没有用金字旁,

因为汞是液态的,

而且这个字古已有之。

另一个是溴,非金属非空气,

本应用石字旁,

但它的形态一般是液体,

所以改用三点水。


从此,每当有新元素被发现,

中国人都会按照徐寿的规定来翻译。

比如在2017年5月,

中国科学院、国家语言文字工作委员会、

全国科学技术名词审定委员会

确定了四个新元素的中文名

全都是按照徐寿规定的偏旁翻译的。

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