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元素周期性、排布、区、族、原子半径

从1～36号元素基态原子核外电子的排布中可以看到，随着原子序数的增加，核外电子排布发生了周期性的变化。考察元素周期表可以发现，区、周期、族的划分与原子核外电子排布的周期性变化有内在联系。物质结构决定物质的性质，原子核外电子排布的周期性变化也决定了元素性质随着原子序数的递增呈现周期性递变规律

## 核外电子排布与区、周期、族的划分
1939 年美国化学家鲍林（L. Pauling，1901—1994）根据大量光谱实验结果和理论计算，总结出多电子原子外层原子轨道能级高低顺序的一般规律，根据这一规律画出的原子轨道能级图，称为**鲍林近似能级图**（图1.10）。图中的每个小圆圈代表一个原子轨道，能量相同的原子轨道并列为一个能级，能量相近的能级都纳入一个方框内，同一方框内的能级称为一个能级组，共划分出7个能级组。除第一能级组只有1个1s能级，其余能级组均由2个及以上能级组成，且以ns开始，以np结束。能级组间能量差较大，而能级组内各能级间能量差较小。多电子原子核外电子排布的构造原理图就是以鲍林近似能级图为基础绘制的

![图片](/uploads/2025-10/f1e0ac.jpg){width=500px}

鲍林近似能级图中的7个能级组分别对应了元素周期表中的7个周期，每个周期所包含的元素种类数等于所对应的能级组中所有原子轨道最多能容纳的电子数。

第 4 周期对应第 4 能级组（ $4 s 、 3 d 、 4 p$ ），最多能容纳 18 个电子，因此第 4 周期共包含 18 种元素，其中第 $3 \sim 12$族元素（也称过渡元素）的原子新增的电子排布在 3 d 轨道上。第 4 周期元素价电子排布呈现从 $4 \mathrm{~s}^1$ 经过 $4 \mathrm{~s}^{1 \sim 2} 3 \mathrm{~d}^{1 \sim 10}$过渡到 $4 s^2 4 p^6$ 的变化。以此类推，第5周期也可以容纳 18种元素，而第6、7周期分别可以容纳 32 种元素。

族的划分与元素原子价电子排布密切相关。一般来说，同族元素的价电子数相同，对主族元素而言，其价电子数与主族序数相同。主族元素原子的价电子全部排布在最外层的 $n s$ 或 $n s n p$ 轨道上。对于主族元素原子而言，价电子就是最外层电子。例如，碱金属元素原子的价电子排布为 $n s^1$ ，只有 1 个价电子，为 IA 族。再如，卤族元素原子的价电子排布为 $n s^2 n p^5$ ，有 7 个价电子，为VIIA族。稀有气体元素原子的最外层电子排布都是 $n s^2 n p^6$（ He 是 $1 s^2$ ）。对于过渡元素原子，价电子不仅仅是最外层电子，还包括次外层电子，甚至倒数第三层电子，同一族内，价电子排布基本相同。
根据元素原子的价电子排布特征，还可以将元素周期表分为s区、p区、d区和f区，如图1.11所示，区的名称一般来自最后填入电子的能级的符号（除He以外）。

![图片](/uploads/2025-10/6a4cd4.jpg)

$s$ 区包含氢元素、第 1 族的碱金属元素和第 2 族的碱土金属元素，共两个纵列，除氢元素以外，其余都是较活泼的金属元素。s区元素原子的最后一个电子填充在 $s$ 轨道上，价电子排布为 $n \mathrm{~s}^{1 \sim 2}$ 。
p 区包含

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