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第二节 原子结构与元素的性质
1. 长式周期表中主副族的划分
近年来，长式周期表为许多国家所采用。但是在这种周期表中关于主族和副族的划分方
法，曾引起过争议。1923 年，戴明（Deming）把包含典型元素的族定为主族，在族序数后
标以符号 A，把过渡元素的各族定为副族，在族序数后标以符号 B。我国基本上采用 Demi ng
的划分法，只是把稀有气体定为 0 族，而且对它和第Ⅷ族均不划分主、副族，不标 A、B 符
号。另一种划分法是把碱金属、碱土金属和除铜族、锌族外的过渡元素均定为主族，标以符
号 A，把铜族、锌族以及其后的各族均定为副族，标以符号 B。1970 年国际纯粹和应用化
学联合会（IUPAC）支持这种划分法。由于在长式周期表中主、副族的划分方式不一致，在
学术界引起了混乱。因此，在 1989 年国际纯粹和应用化学联合会建议不再划分主、副族，
把长式周期表的各族自左至右统一编号为 1~18 列。现在许多国家已经采用了这种表述形式。
长式周期表主副族元素划分方式的演变见表 1－1。[来源:学科网]
在长式周期表中氢的位置也有一个演变过程。从前把氢放在长式周期表的上中部，以两
条线分别跟碱金属和卤素相连，表示氢既跟碱金属相似，又跟卤素相似。另一些周期表把氢
放在碱金属或者卤素的顶部，个别的还在碱金属和卤素的顶部都标上氢。1989 年，国际纯
粹和应用化学联合会推荐的 18列周期表中，把氢列在碱金属的顶部，这跟近年来研究金属
氢取得进展及制得 N a-（相当于 H-）化合物、发现锂键（相当于氢键）等有关。
表 1-1 长式周期表主副族划分方式的演变

2. 元素周期系的远景
元素的存在，是与原子结构的稳定性，特别是与原子核的稳定性有关。人们发现，原
子序数大于 83（铋之后）的元素，都是放射性元素，而原子序数在 92 之后（超铀元素）的

元素，全部是用人工方法合成的元素（Np、Pu 在自然界中也有，但含量极微）。目前已公
认了 112 号元素的合成方法。人们要问：新的人工合成的元素究竟还可以合成多少种？
物理学家根据原子核结构理论计算，认为周期系最后可能出现的是原子序数为 175 的元
素。人工合成的元素，将会完成第七周期（零族元素的原子序数应为 118），并进入第八周
期，甚至第九周期。在未来的第八、九周期中，原子中的电子依次填充新的能级——5g 能
级和 6g 能级。依照已有的规律，可以推知 g 能级最多能容纳 18 个电子。
能级： s p d f g
电子数：2 6 10 14 18
由此可以预见，第八、九周期都将有 50 种元素，是超长周期。在这两个周期里，将有“超
锕系”和“新超锕系”的 5g~6f 和 6g~7f 内过渡系（各为 32 种元素）。
3. 同周期和同族元素的第一电离能[来源:学_科_网 Z_X_X_K]
（1）同周期元素
表 1-3 是二、三周期部分元素的核外电子排布和第一电离能，图 1-5 是第二周期和第三
周期元素的第一电离能。
表 1-3 第二、三周期部分元素的核外电子排布和第一电离能[来源:学科网]
图 1-5第二、三周期元素的第一电离能
①同周期元素的第一电离能，从左到右递变的总趋势是依次增大，原因是核电荷
数增多，而能层数不变，核电荷对核外电子的吸引力增大；

②为什么 B 的第一电离能反而比 Be 小？原因是 B 失去的电子是 2p 电子，2p电子的轨道
能比 2s 电子的轨道能高；同理，Al 的第一电离能比 Mg 的第一电离能小；
③氧的第一电离能为什么反而比氮的第一电离能小？原因是氧的第一电离能是失去已经
成对的 2p 电子所需能量，成对电子的相互排斥的能量比核电荷增加吸引 2p 电子的能量还大，
导致氧的第一电离能反比氮的第一电离能低；同理，硫的第一电离能反而小于磷的第一电离
能。
图 1-6第ⅠA族元素的第一电离能
（2）同族元素[来源:学科网 ZXXK][来源:Zxxk.Com]
图 1-6是碱金属元素的第一电离能。
一般来说，同主族元素的第一电离能，从上到下递变的总趋势是依次降低，原因
是核外电子的层数增加而且原子半径递增，核电荷对最外层电子的吸引力降低。
应当注意的是，副族元素的第一电离能从上到下变化趋势与主族不相同，大多是从上
到下第一电离能反而增加，原因是虽然核外电子层数增加但原子半径增加却不显著甚至减小，
导致核电荷对最外层电子的吸引力增加。