Question

請(qǐng)你將1—18號(hào)元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖畫出，分析其異同點(diǎn)，根據(jù)某些共同點(diǎn)將它們按一定順序排列起來(lái)，并思考下列問題。

（1）你能排出幾種方式？排出每種方式的理由是什么？

（2）通過對(duì)你所排出方式的對(duì)比，你認(rèn)為哪種最合理？理由是什么？

（3）在你所選出的最佳排布方式中，元素的原子結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律是怎樣的？

（4）根據(jù)原子半徑大小的決定因素，試著由原子結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律進(jìn)一步推導(dǎo)出原子半徑的變化規(guī)律，并與教材上的數(shù)據(jù)對(duì)比看是否一致。

（5）元素的主要化合價(jià)與元素原子的最外層電子數(shù)有關(guān)，試由原子結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律進(jìn)一步推導(dǎo)出元素主要化合價(jià)的變化規(guī)律，并與教材上的數(shù)據(jù)對(duì)比看是否一致。

（6）元素的性質(zhì)主要體現(xiàn)在得電子能力與失電子能力兩個(gè)方面，試由原子結(jié)構(gòu)和原子半徑的變化規(guī)律進(jìn)一步推導(dǎo)出元素性質(zhì)的變化規(guī)律。

Answer 1

解析：我們對(duì)1—18號(hào)元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖是很容易畫出的，根據(jù)電子層數(shù)不同分組排列也是容易做到的，不容易確定的主要是兩種元素：氫和氦，氫可以放在鋰的上邊（最外層電子數(shù)相同），也可以放在氟的上邊（得一個(gè)電子就可以達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)）；氦可以放在鈹?shù)纳线叄ㄗ钔鈱与娮訑?shù)相同），也可以放在氖的上邊（都是已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的元素），所以1—18號(hào)元素有四種排布方式。在這四種方式中，“氫放在鋰的上邊，氦放在氖的上邊”的排布方式最為合理，原因是：氫雖然可以形成H⁺和H^-兩種形式的離子，但是H⁺比H^-常見和穩(wěn)定，氫更類似于鋰、鈉等元素，并且使排列也有一定的對(duì)稱性，所以氫放在鋰的上邊更合理；元素是否達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)對(duì)其性質(zhì)影響很大，氦的性質(zhì)與氖非常相似，而與鈹、鎂卻相差很遠(yuǎn)，所以氦放在氖的上邊更合理。在選出的最佳排列方式中，通過核外電子排布的電子層數(shù)和最外層電子數(shù)兩個(gè)方面總結(jié)原子結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。根據(jù)“電子層數(shù)相同時(shí)，質(zhì)子數(shù)越多，原子核對(duì)外層電子的吸引力越強(qiáng)”這一規(guī)律可以分析出原子半徑的變化規(guī)律。元素的主要化合價(jià)的變化規(guī)律可以通過原子的最外層電子數(shù)的變化規(guī)律推出。元素的性質(zhì)與元素原子核對(duì)外層電子的吸引力有直接關(guān)系，而后者又取決于電子層數(shù)和質(zhì)子數(shù)。

答案：1—18號(hào)元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖依次為：

（1）據(jù)電子層數(shù)相同的元素排成行，最外層電子數(shù)相等的元素排成列可以得到A方式；He的最外層電子數(shù)雖然都是2，與Be、Mg相同，但意義卻不一樣，第一層上填充2個(gè)電子已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而其他層上填充2個(gè)電子就都沒有達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這樣即可以得到D方式；H也有類似于F和Cl的結(jié)構(gòu)，即得到一個(gè)電子就可以達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這樣就可以得到B方式或者C方式。

                A方式

 H    He

 Li    Be   B   C    N   O   F   Ne

Na   Mg  Al   Si    P   S   Cl   Ar

                 B方式

                                    H   He

 Li   Be    B   C    N   O   F   Ne

Na  Mg   Al   Si    P   S   Cl   Ar

                  C方式

                                  H

       He

 Li   Be   B   C   N   O   F   Ne

Na  Mg  Al   Si   P   S   Cl   Ar

                   D方式

 H                                    He

 Li   Be   B   C   N   O   F   Ne

Na  Mg  Al   Si   P   S   Cl   Ar

（2）通過四種方式的元素原子結(jié)構(gòu)示意圖的對(duì)比，可知He已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，應(yīng)該與同樣達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的Ne和Ar處于同一列；因?yàn)镠⁺比H^-既常見又穩(wěn)定，H更類似于Li、Na等元素，并且使排列也有一定的對(duì)稱性，所以H放在Li的上邊更合理；所以D方式是最合理的。

（3）隨著元素原子序數(shù)（即質(zhì)子數(shù)）的遞增，原子核外電子的排布（具體說(shuō)應(yīng)該是最外層電子的排布）呈現(xiàn)周期性變化。

（4）電子層數(shù)相同時(shí)，隨著元素原子序數(shù)的遞增，質(zhì)子數(shù)增加，原子核對(duì)外層電子的吸引力增強(qiáng)，電子有向中心收縮的趨勢(shì)，原子半徑減小（稀有氣體元素除外）。不考慮稀有氣體元素，當(dāng)具有某電子層數(shù)的最后一種元素過渡到下一種元素時(shí)，電子層數(shù)增加了一層而質(zhì)子數(shù)只增加了2，這時(shí)原子半徑會(huì)突然增大，而后再逐漸減小，所以元素原子半徑隨著元素原子序數(shù)的遞增也是呈周期性變化的。

（5）元素的最高正價(jià)一般就是最外層電子全部失去或者全部向其他原子偏移所造成的結(jié)果，元素的負(fù)價(jià)就是達(dá)到最外層穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（2個(gè)或者8個(gè)）還需要得到或者偏移進(jìn)來(lái)的電子數(shù)。元素最高正價(jià)一般就等于最外層電子數(shù)，負(fù)價(jià)一般等于8（或2）減去最高正價(jià)，所以元素主要化合價(jià)隨著元素原子序數(shù)的遞增也是呈周期性變化的。

（6）類似于對(duì)原子半徑遞變規(guī)律的分析，元素的得電子能力和失電子能力隨著元素原子序數(shù)的遞增也是呈周期性變化的。