物质是由元素组成还是构成(物质世界的基础:元素及元素周期律)

在化学领域,元素是构成物质的基本单元,由原子组成。每一种元素都有其独特的化学性质,这些性质主要由原子核内的质子数量决定,也就是我们通常说的原子序数。比如我们常见的元素有氢(H)、氧(O)和碳(C)等。
这些元素不仅是物质世界的基础,而且通过不同的组合可以形成各种化合物,如水(H₂O)等,构成了我们自然界的一切。
元素的物理和化学性质随着原子序数的增加呈现出一种周期性的变化,这一现象的根源在于原子的电子层结构呈现周期性的排列。随着原子序数的增加,电子按照一定的能级和轨道进行填充,这导致元素的性质(例如原子半径、电离能、电负性等)呈现规律性的变化。
元素周期表是整个化学领域的核心工具之一,它将这些元素按照特定的周期和族进行排列。整个周期表共有7个周期,18个族。每一个横向排列称为一个周期,每一个纵向排列称为一个族。例如,氢属于IA族元素,而氦则是0族元素。
在周期表中,同一周期的元素拥有相同的电子层数,而同一族的元素则拥有相似的价电子结构,这导致它们在化学性质上的相似性。
关于元素的主要周期性趋势,我们可以知道:
原子半径:在同一周期内,从左到右,由于荷的增加,电子被更紧密地吸引,原子半径通常会逐渐减小(除了第一周期外)。而在同一族内,从上到下,随着电子层数的增加,原子半径会逐渐增大。
电离能:在同一周期内,从左到右,电离能总体上是增大的;而在同一族内,从上到下,电离能则是减小的。
电负性:电负性的变化趋势与电离能类似,在同一周期内,从左到右电负性增大;而在同一族内,从上到下电负性则减小。氟是电负性最大的元素。
金属性与非金属性:在同一周期内,从左到右,元素的金属性减弱,非金属性增强;而在同一族内,金属性则是从上到下增强的。
周期表中也有一些例外和特殊区域,例如氢的性质独特,可以归为IA族或VIIA族。过渡金属的电子填充d轨道,导致它们的性质变化较为平缓。还有镧系收缩现象,即镧系元素的原子半径减小并不明显,这导致后续过渡金属(如Zr与Hf)的性质非常相似。
现代的周期表按照元素的原子序数进行排列,包含了118种元素(截至2023年的数据)。这些元素被分为几大区域:主族元素、过渡金属、镧系和锕系元素等。还有一些人造元素,如超元素,它们大多数具有强烈的放射性。
