元素周期表分区
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元素周期表分区(blocks of the periodic table),是根据元素外层价电子构型的不同,将元素周期表分成几个区(blocks);同一区里的元素,其新增的电子所填入的亚壳层轨道类型是相同的,并以该轨道的名称作为该区的名称。
s、p、d和f区的名称来自于其代表性轨道的光谱符号,分别代表:sharp, principal, diffuse, 以及fundamental。至于后续轨道的光谱符号则按字母顺序排列,如g、h等,但目前尚未发现属于此区块的元素。
总览
下表列出了元素周期表上的元素,并且标示了其所属的元素分区:
族→ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 电子层 | 0族电子数 |
周期↓ | I A | VIII A (0) | ||||||||||||||||||
1 | 1 H 氢 1.008 |
II A | III A | IV A | V A | VI A | VII A | 2 He 氦 4.003 |
K |
2 | ||||||||||
2 | 3 Li 锂 6.941 |
4 Be 铍 9.012 |
5 B 硼 10.81 |
6 C 碳 12.01 |
7 N 氮 14.01 |
8 O 氧 16.00 |
9 F 氟 19.00 |
10 Ne 氖 20.18 |
L K |
8 2 | ||||||||||
3 | 11 Na 钠 22.99 |
12 Mg 镁 24.30 |
III B | IV B | V B | VI B | VII B | VIII B (VIII) |
I B | II B | 13 Al 铝 26.98 |
14 Si 硅 28.09 |
15 P 磷 30.97 |
16 S 硫 32.04 |
17 Cl 氯 35.45 |
18 Ar 氩 39.95 |
M L K |
8 8 2 | ||
4 | 19 K 钾 39.10 |
20 Ca 钙 40.08 |
21 Sc 钪 44.96 |
22 Ti 钛 47.87 |
23 V 钒 50.94 |
24 Cr 铬 52.00 |
25 Mn 锰 54.94 |
26 Fe 铁 55.84 |
27 Co 钴 58.93 |
28 Ni 镍 58.69 |
29 Cu 铜 63.55 |
30 Zn 锌 65.38 |
31 Ga 镓 69.72 |
32 Ge 锗 72.63 |
33 As 砷 74.92 |
34 Se 硒 78.97 |
35 Br 溴 79.90 |
36 Kr 氪 83.80 |
N M L K |
8 18 8 2 |
5 | 37 Rb 铷 85.47 |
38 Sr 锶 87.62 |
39 Y 钇 88.91 |
40 Zr 锆 91.22 |
41 Nb 铌 92.91 |
42 Mo 钼 95.95 |
43 Tc 锝 [97] |
44 Ru 钌 101.1 |
45 Rh 铑 102.9 |
46 Pd 钯 106.4 |
47 Ag 银 107.9 |
48 Cd 镉 112.4 |
49 In 铟 114.8 |
50 Sn 锡 118.7 |
51 Sb 锑 121.8 |
52 Te 碲 127.6 |
53 I 碘 126.9 |
54 Xe 氙 131.3 |
O N M L K |
8 18 18 8 2 |
6 | 55 Cs 铯 132.9 |
56 Ba 钡 137.3 |
57-71 镧系 元素 * |
72 Hf 铪 178.5 |
73 Ta 钽 180.9 |
74 W 钨 183.8 |
75 Re 铼 186.2 |
76 Os 锇 190.2 |
77 Ir 铱 192.2 |
78 Pt 铂 195.1 |
79 Au 金 197.0 |
80 Hg 汞 200.6 |
81 Tl 铊 204.4 |
82 Pb 铅 207.2 |
83 Bi 铋 209.0 |
84 Po 钋 [209] |
85 At 砹 [210] |
86 Rn 氡 [222] |
P O N M L K |
8 18 32 18 8 2 |
7 | 87 Fr 钫 [223] |
88 Ra 镭 [226] |
89-103 锕系 元素 ** |
104 Rf 𬬻 [267] |
105 Db 𬭊 [268] |
106 Sg 𬭳 [267] |
107 Bh 𬭛 [270] |
108 Hs 𬭶 [271] |
109 Mt 鿏 [278] |
110 Ds 𫟼 [281] |
111 Rg 𬬭 [282] |
112 Cn 鿔 [285] |
113 Nh 鿭 [286] |
114 Fl 𫓧 [289] |
115 Mc 镆 [290] |
116 Lv 𫟷 [293] |
117 Ts 鿬 [294] |
118 Og 鿫 [294] |
Q P O N M L K |
8 18 32 32 18 8 2 |
6 | * | 镧系 元素 |
57 La 镧 138.9 |
58 Ce 铈 140.1 |
59 Pr 镨 140.9 |
60 Nd 钕 144.2 |
61 Pm 钷 [145] |
62 Sm 钐 150.4 |
63 Eu 铕 152.0 |
64 Gd 钆 157.2 |
65 Tb 铽 158.9 |
66 Dy 镝 162.5 |
67 Ho 钬 164.9 |
68 Er 铒 167.3 |
69 Tm 铥 168.9 |
70 Yb 镱 173.0 |
71 Lu 镥 175.0 | |||
7 | ** | 锕系 元素 |
89 Ac 锕 [227] |
90 Th 钍 232.0 |
91 Pa 镤 231.0 |
92 U 铀 238.0 |
93 Np 镎 [237] |
94 Pu 钚 [244] |
95 Am 镅 [243] |
96 Cm 锔 [247] |
97 Bk 锫 [247] |
98 Cf 锎 [251] |
99 Es 锿 [252] |
100 Fm 镄 [257] |
101 Md 钔 [258] |
102 No 锘 [259] |
103 Lr 铹 [266] |
图解:
在标准状况下,序号绿色者为气体;序号蓝色者为液体;序号黑色者为固体;序号灰色者为未知相态。
s区元素
s区元素包括元素周期表中属于1族和2族的元素,以及氦,皆为主族元素。本区的元素其新增加的电子皆填入s轨道,故称此区块为s区,s来自英文的sharp,为“锐系光谱”之意。周期表的每个周期都各有2个s区元素。
1族元素包括氢、锂、钠、钾、铷、铯、钫七种元素,由于除氢外的本族元素之氢氧化物都是典型的碱,因此除氢外的这八种元素又称碱金属。
2族元素包括铍、镁、钙、锶、钡、镭六种元素,由于钙、锶、钡、镭的氧化物为碱性且不溶于水,因此又称碱土金属。
p区元素
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p区元素在周期表中的位置 |
p区元素包括元素周期表中13族至18族的元素(氦除外),皆为主族元素。本区的元素其新增加的电子皆填入p轨道,故称此区块为p区,p来自英文的principal,为“主系光谱”之意。周期表中从第2周期开始的每个周期都各有6个p区元素。
13族元素又称为硼族元素,包括硼、铝、镓、铟、铊、鿭等元素;
14族元素又称为碳族元素,包括碳、硅、锗、锡、铅、𫓧等元素;
15族元素又称为氮族元素,包括氮、磷、砷、锑、铋、镆等元素;
16族元素又称为氧族元素,包括氧、硫、硒、碲、钋、𫟷等元素;
18族元素又称为稀有气体或惰性气体,包括氖、氩、氪、氙、氡、鿫等元素。(氦为s区元素)
d区元素
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d区元素在周期表中的位置 |
d区元素包括元素周期表中3族至12族的元素,皆为副族元素,且都是金属。本区的元素其新增加的电子皆填入d轨道,故称此区块为d区,d来自英文的diffuse,为“漫系光谱”之意。周期表中从第4周期开始的每个周期都各有10个d区元素。
本区的元素又称为过渡金属,因为它们在周期表中处于强电正性的第1、2族金属与弱电正性的第13至16族金属之间的过渡地带。
f区元素
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f区元素在周期表中的位置 |
f区元素包括元素周期表中的镧系元素和锕系元素(镥和铹除外),皆为副族元素,且都是金属。本区的元素其新增加的电子大多填入f轨道,故称此区块为f区,f来自英文的fundamental,为“基系光谱”之意。周期表中从第6周期开始的每个周期都各有14个f区元素。本区的元素通常不被归于任何一族,也有些学者将它们归入3族。
本区的元素又称为内过渡金属,因为它们在周期表中处于s区金属与d区过渡金属之间的过渡地带。
g区元素
g区元素包括扩展元素周期表中第8周期的第121-138号元素以及第9周期的第171-188号元素,本区的所有元素目前均尚未被发现。本区的元素预计其新增加的电子将填入g轨道,故称此区块为g区。预测周期表中从第8周期开始的每个周期都将各有18个g区元素,然而根据计算不具电荷的原子之原子序最大可达到173,而其后的元素必须以离子的形态才能存在,所以根据电子排布分区将变得毫无意义,故第9周期的173号元素(Ust)以后的h区元素可能只在理论上成立。
h区元素
h区元素指的是该元素具有最高能量的电子是排布在h轨道上。但由于第8周期之后元素之排列仍有争议,尤其现在对172号内的元素的电子排布有若干种彼此竞争的理论,且跟元素周期律与马德隆规则根据构造原理周期表之结果都有所分歧,例如所有这些理论都预测下一个惰性气体元素并不是168号,而是172号,此外,不少模型把元素周期律与马德隆规则根据构造原理周期表应放置于第八周期的元素摆放到了第9周期,造成不分元素的周期归属有争议,因此不一定能依照元素周期律与马德隆规则将h区元素准确地列出来,况且多还只是推测,目前还没有对123号后的元素的详尽计算[1]。若只参考元素周期律与马德隆规则,则h区元素在第九周期的分布原子序落在221到241;在第十周期的分布原子序落在294到314之间。
照元素周期表的排列,若有发现或合成原子序大于或等于221(Bbu)以上的元素,它将会属于h区元素,但是不具电荷的原子的原子序最大可达到173[2],而其后的元素必须以离子的形态存在,甚至当Z=245时,2s轨道也将崩溃[3],因此,此时根据电子排布分区将变得毫无意义,故h区元素可能只在理论上成立,故更不可能有i区元素(具有最高能量的电子是排布在i轨道上)。
ds区元素
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ds区元素在周期表中的位置 |
ds区元素是指元素周期表中的IB、IIB两族元素,包括铜、银、金、锌、镉、汞6种天然存在的金属元素以及𬬭、鿔2种人工合成元素。ds区的名称是因为它们的电子构型都是d10s1(ⅠB)或d10s2(ⅡB)。ds区是d区元素的一部分,ds区元素都是过渡金属。
参考文献
- ^ Pyykkö, P. A suggested periodic table up to Z ≤ 172, based on Dirac–Fock calculations on atoms and ions. Physical Chemistry Chemical Physics. 2011, 13 (1): 161–168. Bibcode:2011PCCP...13..161P. PMID 20967377. doi:10.1039/c0cp01575j.
- ^ Walter Greiner and Stefan Schramm, Am. J. Phys. 76, 509 (2008), and references therein.
- ^ Reinhardt, Joachim; Greiner, Walter. Probing Supercritical Fields with Real and with Artificial Nuclei. Nuclear Physics: Present and Future. 2015: 195–210. ISBN 978-3-319-10198-9. doi:10.1007/978-3-319-10199-6_19.