高中化学 38 原子结构与元素的性质

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原子半径

定义：原子半径是指从原子核到它的价电子间的距离。原子半径可分为共价半径、金属半径和范德华半径等，通常所说的原子半径是指共价半径。

变化规律：

同周期主族元素：从左到右，随着原子序数的递增，核电荷数逐渐增大，对核外电子的吸引作用增强，原子半径逐渐减小。例如，第三周期中，\(Na\)、\(Mg\)、\(Al\)、\(Si\)、\(P\)、\(S\)、\(Cl\)的原子半径依次减小。

同主族元素：从上到下，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。例如，碱金属元素\(Li\)、\(Na\)、\(K\)、\(Rb\)、\(Cs\)，原子半径逐渐增大。

电离能

定义：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能，用符号\(I_{1}\)表示。依次类推，还有第二电离能\(I_{2}\)、第三电离能\(I_{3}\)等。

变化规律：

同周期主族元素：从左到右，第一电离能呈增大趋势。这是因为随着核电荷数的增加，原子半径逐渐减小，原子核对核外电子的吸引作用增强，失电子能力减弱。但\(ⅡA\)族和\(ⅤA\)族元素的第一电离能大于相邻元素，如\(Be\)的第一电离能大于\(B\)，\(N\)的第一电离能大于\(O\)。这是因为\(ⅡA\)族元素的价电子构型为\(ns^{2}\)，\(s\)轨道全充满，比较稳定；\(ⅤA\)族元素的价电子构型为\(ns^{2}np^{3}\)，\(p\)轨道半充满，也比较稳定，失去一个电子需要的能量较高。

同主族元素：从上到下，第一电离能逐渐减小。因为电子层数增多，原子半径增大，原子核对核外电子的吸引作用减弱，失电子能力增强。

电负性

定义：电负性是用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。电负性越大的原子，对键合电子的吸引力越大。

变化规律：

同周期主族元素：从左到右，元素的电负性逐渐增大。这是因为随着核电荷数的增加，原子半径逐渐减小，原子核对键合电子的吸引作用增强。

同主族元素：从上到下，元素的电负性逐渐减小。因为电子层数增多，原子半径增大，原子核对键合电子的吸引作用减弱。

元素的金属性与非金属性

金属性：指元素的原子失去电子的能力。元素的金属性越强，其单质越容易与水或酸反应置换出氢气，最高价氧化物对应的水化物的碱性越强。原子半径越大，越易失去电子，金属性越强。在元素周期表中，同周期从左到右，金属性逐渐减弱；同主族从上到下，金属性逐渐增强。

非金属性：指元素的原子得到电子的能力。元素的非金属性越强，其单质越容易与氢气反应生成气态氢化物，气态氢化物越稳定，最高价氧化物对应的水化物的酸性越强。原子半径越小，越易得到电子，非金属性越强。在元素周期表中，同周期从左到右，非金属性逐渐增强；同主族从上到下，非金属性逐渐减弱。

对角线规则

在元素周期表中，某些主族元素与其右下方的主族元素的有些性质是相似的，这种相似性被称为对角线规则。如\(Li\)与\(Mg\)、\(Be\)与\(Al\)、\(B\)与\(Si\)等，它们在原子半径、化合价、单质与水或酸反应的难易程度等方面都有一定的相似性。例如，\(Li\)和\(Mg\)在空气中燃烧都生成普通氧化物，\(Be(OH)_{2}\)和\(Al(OH)_{3}\)都是两性氢氧化物等。

原子结构对元素性质的影响实例

以钠和氯为例，钠原子的最外层电子数为\(1\)，原子半径较大，容易失去电子形成\(Na^{+}\)，表现出强金属性，能与水剧烈反应生成氢氧化钠和氢气；氯原子的最外层电子数为\(7\)，原子半径较小，容易得到电子形成\(Cl^{-}\)，表现出强非金属性，其单质氯气能与氢气在光照或点燃条件下剧烈反应生成氯化氢。