元素週期表

現代化學的元素週期律是1869年俄國科學家門捷列夫（Dmitri Mendeleev）首先創造的，他將當時已知的63種元素依相對原子量大小並以表的形式排列，把有相似化學性質的元素放在同一列，製成元素週期表的雛形。經過多年修訂後才成為當代的週期表。

在週期表中，元素是以元素的原子序數排列，最小的排行最先。表中一橫行稱為一個週期，一列稱為一個族。 ^[1]  原子半徑由左到右依次減小，上到下依次增大。

在化學教科書和字典中，都附有一張“元素週期表（英文：the periodic table of elements）”。這張表揭示了物質世界的秘密，把一些看來似乎互不相關的元素統一起來，組成了一個完整的自然體系。它的發明，是近代化學史上的一個創舉，對於促進化學的發展，起了巨大的作用。看到這張表，人們便會想到它的最早發明者——門捷列夫。1869年，俄國化學家門捷列夫按照相對原子質量由小到大排列，將化學性質相似的元素放在同一縱行，編制出第一張元素週期表。元素週期表揭示了化學元素之間的內在聯繫，使其構成了一個完整的體系，成為化學發展史上的重要里程碑之一。隨着科學的發展，元素週期表中未知元素留下的空位先後被填滿。當原子結構的奧秘被發現時，編排依據由相對原子質量改為原子的質子數（核外電子數或核電荷數），形成現行的元素週期表。

按照元素在週期表中的順序給元素編號，得到原子序數。原子序數跟元素的原子結構有如下關係：

質子數=原子序數=核外電子數=核電荷數

利用週期表，門捷列夫成功的預測當時尚未發現的元素的特性（鎵、鈧、鍺）。1913年英國科學家莫色勒利用陰極射線撞擊金屬產生射線X，發現原子序數越大，X射線的頻率就越高，因此他認為核的正電荷決定了元素的化學性質，並把元素依照核內正電荷（即質子數或原子序數）排列。後來又經過多名科學家多年的修訂才形成當代的週期表。將元素按照相對原子質量由小到大依次排列，並將化學性質相似的元素放在一個縱列。每一種元素都有一個序號，大小恰好等於該元素原子的核內質子數，這個序號稱為原子序數。在週期表中，元素是以元素的原子序數排列，最小的排行最前。表中一橫行稱為一個週期，一列稱為一個族。

原子的核外電子排布和性質有明顯的規律性，科學家們是按原子序數遞增排列，將電子層數相同的元素放在同一行，將最外層電子數相同的元素放在同一列。

元素週期表有7個週期，18個族。每一個橫行叫作一個週期，每一個縱行叫作一個族（VIII族包含三個縱列）。這7個週期又可分成短週期（1、2、3）、長週期（4、5、6、7）。共有18個族，從左到右每個縱列算一族。例如：氫屬於1族元素，而氦屬於0族元素。

元素在週期表中的位置不僅反映了元素的原子結構，也顯示了元素性質的遞變規律和元素之間的內在聯繫。使其構成了一個完整的體系，被稱為化學發展的重要里程碑之一。

同一週期內，從左到右，元素核外電子層數相同，最外層電子數依次遞增，原子半徑遞減（18族元素除外）。失電子能力逐漸減弱，獲電子能力逐漸增強，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強。元素的最高正氧化數從左到右遞增（沒有正價的除外），最低負氧化數從左到右遞增（第一週期除外，第二週期的O、F元素除外）。

同一族中，由上而下，最外層電子數相同，核外電子層數逐漸增多，原子半徑增大，原子序數遞增，元素金屬性遞增，非金屬性遞減。 ^[2] 

元素週期表的意義重大，科學家正是用此來尋找新型元素及化合物。

2015年12月31日美國《科學新聞》雙週刊網站發表了題為《四種元素在元素週期表上獲得永久席位》的報道。國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）宣佈俄羅斯和美國的研究團隊已獲得充分的證據，證明其發現了115、117和118號元素。此外，該聯合會已認可日本理化學研究所的科研人員發現了113號元素。兩個研究團隊通過讓質量較輕的核子相互撞擊，並跟蹤其後產生的放射性超重元素的衰變情況，合成了上述四種元素。IUPAC執行理事林恩·瑟比説，有關確認新元素的報告將於2016年初公佈。官方對這些元素的認可意味着它們的發現者有權為其命名並設計符號。113號元素將成為首個由亞洲人發現並命名的元素，於2016年6月正式命名為Nihonium，符號Nh。

2015年12月30日，國際純粹與應用化學聯合會宣佈第113、115、117、118號元素存在，它們將由日本、俄羅斯和美國科學家命名。IUPAC官方宣佈，元素週期表已經加入4個新元素。 ^[3] 

2016年6月8日，國際純粹與應用化學聯合會宣佈，將合成化學元素第113號（Nh）、115號（Mc）、117號（Ts）和118號（Og）提名為化學新元素。 ^[4] 

2017年5月9日，中國科學院、國家語言文字工作委員會、全國科學技術名詞審定委員會在北京聯合舉行新聞發佈會，正式向社會發布113號元素、115號元素、117號元素、118號元素中文名稱，分別為“鿭”、“鏌”、“鿬”、“鿫”。 ^[5] 

注：2017年1月15日，全國科學技術名詞審定委員會聯合國家語言文字工作委員會組織化學、物理學、語言學界專家召開了113號、115號、117號、118號元素中文定名會，經過參會專家熱烈討論和投票表決，形成了113號、115號、117號、118號元素中文定名方案。 ^[10]  新元素漢字收錄在Unicode CJK擴展區C、D和E和基本區擴充中，使用最新Windows 10或安裝字庫補丁即可顯示部分，這部分文字包括（括號內為其Unicode碼）：鑪（U+2CB3B）、𨧀（U+2CB4A）、𨭎（U+2CB73）、𨨏（U+2CB5B）、𨭆（U+2CB76）、䥑（U+9FCF）、鐽（U+2B7FC）、錀（U+2CB2D）、鎶（U+9FD4）、鿭（U+9FED）、鈇（U+2B4E7）、鉝（U+2B7F7）、鿬（U+9FEC）、鿫（U+9FEB）。

【備註：104~118號元素中部分元素，其漢字簡體中文在部分設備上無法查看，故註明其繁體中文或以表意文字描述字符（IDS）描述的簡體中文如下附表：】

注：①還原性：Li；

②氧化性：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs；

③鹼金屬元素能與水或氧氣反應生成鹼或鹼性氧化物；

④氫本來不是鹼金屬，但因為在IA族，所以歸入此表。

注：由於稀有氣體有在通電時發出彩光的特性，所以可以將其製成霓虹燈。

注：①放射性元素硬度多數不詳；

②鐦之後的元素各項性質均不詳；

③鉍放射性太弱，不歸入最後一表。

很多人注意到，元素週期表最後幾位元素經常是以Uu開頭的，其實這只是一種臨時命名規則，叫IUPAC元素系統命名法。在這種命名法中，會為未發現元素和已發現但尚未正式命名的元素取一個臨時西方文字名稱並規定一個代用元素符號，使用拉丁文數字頭以該元素之原子序來命名。此規則簡單易懂且使用方便，而且它解決了對新發現元素搶先命名的惡性競爭問題，使為新元素的命名有了依據。如ununquadium便是由un（一）- un（一）- quad（四）- ium（元素）四個字根組合而成，表示“元素114號”。元素114命名為flerovium（Fl），以紀念蘇聯原子物理學家喬治·弗洛伊洛夫（Georgy Flyorov，1913-1990）；而ununhexium便是由un（一）- un（一）- hex（六）- ium（元素）四個字根組合而成，表示“元素116號”。元素116名為livermorium（Lv），以實驗室所在地利弗莫爾市為名。

（1）除第1週期外，其他週期元素（稀有氣體元素除外）的原子半徑隨原子序數的遞增而減小；

（2）同一族的元素從上到下，隨電子層數增多，原子半徑增大。（五、六週期間的副族除外）

（1）除第1週期外，同週期從左到右，第二週期元素最高正價由鹼金屬+1遞增到氮元素+5（氟無正價，氧無最高正價），其他週期元素最高正價由鹼金屬+1遞增到+7，非金屬元素負價都由碳族-4遞增到-1。

（2）同一主族的元素的最高正價、最低負價均相同。（O、F、18族除外）

（1）同一週期元素隨原子序數的遞增，元素組成的金屬單質的熔點遞增，非金屬單質的熔點遞減；（副族熔點在VIB族達到最高，以後依次遞減）

（2）同一族元素從上到下，元素組成的金屬單質的熔點遞減，非金屬單質的熔點遞增。（副族不規則）

（1）同一週期的元素從左到右金屬性遞減，非金屬性遞增；

（2）同一主族元素從上到下金屬性遞增，非金屬性遞減。

元素的金屬性越強，其最高價氧化物的水化物的鹼性越強；元素的非金屬性越強，最高價氧化物的水化物的酸性越強。（F和O除外）

元素非金屬性越強，氣態氫化物越穩定。同週期非金屬元素的非金屬性越強，其氣態氫化物水溶液一般酸性越強；同主族非金屬元素的非金屬性越強，其氣態氫化物水溶液的酸性越弱。

一般元素的金屬性越強，其單質的還原性越強，其氧化物的陽離子氧化性越弱；元素的非金屬性越強，其單質的氧化性越強，其單原子陰離子的還原性越弱。

1、元素週期數等於核外電子層數；

2、主族元素的序數等於最外層電子數；

3、確定族數應先確定是主族還是副族，其方法是採用原子序數逐步減去各週期的元素種數，即可由最後的差數來確定。在第一至第五週期時最後的差數小於等於10時差數就是族序數，差為8、9、10時為Ⅷ族，差數大於10時，則再減去10，最後結果為族序數；在第六、七週期時差數為1：ⅠA族，差數為2：ⅡA族，差數為3~17：鑭系或錒系，差數介於18和21之間：減14，差數為22~24：Ⅷ族，差數大於25：減24，為對應的主族；

根據各週期所含的元素種類推斷，用原子序數減去各週期所含的元素種數，當結果為“0”時，為零族；當為正數時，為週期表中從左向右數的縱行，如為“2”則為週期表中從左向右數的第二縱行，即第ⅡA族；當為負數時其主族序數為8+結果。所以應熟記各週期元素的種數，即2、8、8、18、18、32、32。如：①114號元素在週期表中的位置114－2－8－8－18－18－32－32=－4，8+（－4）=4，即為第七週期，第ⅣA族。②75號元素在週期表中的位置75-2-8-8-18-18=21，21-14=7，即為第六週期，第ⅦB族。

稀有氣體也稱為惰性氣體，它們的化學性質很穩定，不易和其他物質發生化學反應。穩定的稀有氣體為：氦（He）、氖（Ne）、氬（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）、氡（Rn）、鿫（Og）。

牢記稀有氣體元素的原子序數：2、10、18、36、54、86、118，通過稀有氣體的位置，為某已知原子序數的元素定位。

如：要推知33號元素的位置，因它在18和36之間，所以必在第4週期，由36號往左數，應在ⅤA族。

元素週期表中，從上到下p區元素的變化規律不是一條嚴格遞增的曲線，而是一條鋸齒狀曲線。曲線上有兩個拐點：第二週期和第四周期。按照相對論效應的計算，第六週期會出現第三個拐點。

成因是第二週期的內層電子少（只有1s²），原子半徑特別小，所以第二週期元素成鍵的方式及種類和後面幾個週期差異很大。例如氮族元素（ⅤA），第3~6週期的五氯化物均已製得，但是NF₅卻不存在，更不必説NCl₅等分子了。又如碳和硅的最大配位數不同，導致了二氧化碳和二氧化硅晶體結構的不同。

第四周期的p區元素剛剛經過d區，所以原子半徑比同族的第三週期相比變化不大。因此，第四周期元素很多化合物較不穩定，如HClO₄和HIO₄很早就被製得了，但HBrO₄卻是在1967年才製得，且氧化性為高滷酸（高氟酸除外，因熱力學不穩定）中最強。

第六週期元素原子半徑太大，6s電子電子雲間隔很大，不易成鍵。除Tl（Ⅲ）較穩定以外，其餘第六週期p區元素均很難顯現族價。比如Bi₂O₃還原性比Sb₂O₃差得多，Bi₂O₅氧化性比Sb₂O₃強得多，而Po（Ⅵ）和At（Ⅶ）預計不會存在。

一價氫氟鉀鈉銀 二價氧鋇鈣鎂鋅

三鋁四硅五價磷 二四六硫二四碳

一二銅汞二三鐵一五七氯要記清

正一銅氫鉀鈉銀 正二銅鎂鈣鋇鋅

三鋁四硅四六硫 二四五氮三五磷

一五七氯二三鐵 二四六七錳為正

碳有正四與正二 再把負價牢記心

負一溴碘與氟氯 負二氧硫三氮磷

正一氫銀和鉀鈉 正二鈣鎂鋇鋅汞和銅

鋁正三 硅正四 亞鐵正二鐵正三

氯在最後負一價 氧硫最後負二價

莫忘單質價為零

氫正一 氧負二

一價鉀鈉銀 二價鋇鎂鋅鈣

三價鋁 鐵可變價

銅汞二價最常見

鉀鈉氫銀正一 二鈣鋇鎂鋅

鋁正三氧負二 氯常見負一

硫負二正四六 鐵有正二三

一二銅二四碳 單質永歸零

鉀鈉銀氫+1價，氟氯溴碘-1價；

鈣鎂鋇鋅+2價，通常氧是-2價

二三鐵，二四碳，三鋁四硅五價磷；

一三五七正價氯，二四六硫錳四七；

銅汞二價最常見，單質化合價為零。

一價氯氫鉀鈉銀，二價氧鈣鋇鎂鋅，三鋁四硅五價磷；

二三鐵，二四碳，二四六硫要記全；

銅汞二價最常見，單值為零永不變。

原子團也要記清，氫氧負一銨正一，

酸根所有價為負，一硝二硫碳三磷。 ^[17] 

鉀鈉銨鹽硝酸鹽，

完全溶解不困難。

酸類溶解除硅酸，

溶鹼鉀鈉鋇和氨。

鹽酸溶解除銀鹽，

硫酸難溶是鋇鉛。

碳酸磷酸鉀鈉銨，

碳酸氫鹽都溶完。

注：此口訣只包括中學範圍內的內容，比如四苯硼鉀、高氯酸鉀、氯鉑酸鉀、氯鉑酸銨、氯鉑酸銣、氯鉑酸銫、高氯酸鉀、氟硅酸鉀、氟鋯酸鉀、氟鈦酸鉀、酒石酸氫鉀、亞硝酸鈷鉀、酒石酸鈉、高氯酸鈉、三鈦酸鈉、鉍酸鈉微溶或不溶，碳酸氫鈉濃度高是沉澱（侯氏制鹼法），碳酸鈹，鈹酸鉀可溶。

鉀鈉銨鹽均可溶；硝鹽入水影無蹤

硫酸鹽中鋇不溶；氯化鹽中銀不溶；

碳酸鹽中只溶鉀、鈉、銨。

鹼只溶鉀鈉鈣鋇銨

鉀鈉硝銨溶，

鹽酸除銀汞。

碳酸磷酸鹽，

能溶鉀鈉銨。

再説硫酸鹽，

不溶有鋇鉛。

最後説鹼類，

能溶鉀鈉鋇。