主族和副族的区别(?元素周期表中副族元素是怎么来的?我给你个回答)

文/袁玉刚

众所周知,元素周期表有零族元素、主族元素、副族元素。

图1 元素周期表

零族元素包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和氡(Rn)、气奥(Og)7种元素,其原子最外层结构是s2p6,具有8个电子的稳定结构(氦只有2个电子),化学性质极不活泼。它们的单质都是以单原子形式存在的气体,无色、无嗅、无味,微溶于水,熔点和沸点都很低。

主族元素符号A,共有ⅠA﹑ⅡA﹑ⅢA﹑ⅣA﹑ⅤA﹑ⅥA﹑ⅦA七列43种元素。主族元素在化学性质和物理性质上有相似性和递变性,电子排布有规律,最外层电子的s、p轨道上的电子从1到7依次增加。主族序数=最外层电子数=最高正价=。随着原子序数的增加,同周期元素的金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强;单质的氧化性逐渐增强,还原性逐渐减弱。同主族元素的金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱;单质的氧化性逐渐减弱,还原性逐渐增强。同主族金属元素熔沸点越来越低;非金属元素熔沸点越来越高。

副族元素符号B,共有ⅢB﹑ⅣB﹑ⅤB﹑ⅥB﹑ⅦB﹑ⅠB﹑ⅡB、Ⅷ十列40种元素。其中,第八族元素符号Ⅷ,共有三列12种元素。副族元素单质熔点高、沸点高、硬度高、密度大,并有良好的延展性和高导电、导热性。

副族元素在化学性质和物理性质上虽然也有相似性和递变性,但是电子排布规律性不强,并且多种平行元素遵循一个规律。最外层电子不是依次排在p轨道上,而是排在次外层的d轨道上叫d区元素,最外层的s轨道上一般有1或2个电子,好像要与前面的主族元素保持一致似的。更有镧系15种元素和锕系15种元素元素,最外层电子不是依次排在P轨道上,而是排在次外层的f轨道上叫f区元素,最外层的s轨道上一般有1或2个电子。由于15种f区元素分别只占一个元素的位置,实际上副族有68种元素。

零族元素、主族元素、副族元素就这样划分出来了。

问题是:为什么大自然有这么多副族元素?为什么元素周期表增加了个d区副族元素仍然不够用?为什么f区副族元素要挤在一个格子里?相信匠心独具的门捷列夫也始料未及吧。

还好,我找到了原因,原来是原子旋臂发叉。诺贝尔奖金获得者迈耶夫人和詹森称之为能级分裂。

图2 旋臂发叉示意图

我用旋臂发叉理论解释一下副族元素的由来:

第一大层(元素周期表第一周期):2个小层,2条旋臂,有s层1种主族元素、1种零族元素。

第二大层(元素周期表第二周期):4个小层,共7种主族元素、1种零族元素。注意:旋臂第一次发叉,成为4条旋臂,增加了p层6种主族元素。

第三大层(元素周期表第三周期):2个小层,依旧是4条旋臂,有8种主族元素。

如果照此排下去,元素周期表就非常优美好用。科学家们也就大功告成了。

可惜,大自然给科学家们出了个小难题,逼迫科学家们增加了周期长度。

第三大层(元素周期表第四周期):6个小层,旋臂第二次发叉,成为8条旋臂,增加d层10种副族元素排布在新的旋臂上。氪的电子排布为2+8+18+8=36。

第四大层(元素周期表第五周期):原子3个小层,8条旋臂,有10种d区副族元素。氙的电子排布为2+8+18+18+8=54。

由此,好像问题解决了。元素周期表规整了。且慢!又有一批副族元素被发现,不好安排。

于是,第四大层(元素周期表第六周期):旋臂第三次发叉,成为16条旋臂,5个小层增加了14种镧系副族元素。氡的电子排布为2+8+18+32+18+8=86。

第四大层(元素周期表第七周期):16条旋臂,6个小层增加了14种镧系副族元素。Og(294)的电子排布为2+8+18+32+32+18+8=118。

第四大层还有2个小层等待科学家们发现或创造新元素。

原来,旋臂第一次发叉增加了p层6种主族元素;旋臂第二次发叉新增了d层10种副族元素;旋臂第三次发叉又增加了f层14种副族元素。旋臂发叉,意味着旋臂上空位置多了,电子要先去占据。

朋友,你明白了吧!欢迎赐教。

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