当前课程知识点：大学化学 > 第三章 原子结构与元素周期律 > 3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表 > Video
同学们好
下边我们开始
元素周期律的学习
在前述的课程当中
我们已经了解了
原子核外电子的
运动的波函数
以及它们的量子数
了解了原子轨道排列的
能级近似图
以及电子排列在这些轨道当中
所要遵从的三个规律
那么在这里呢
我们就要继续沿着这种思路
来讨论原子核外电子的排布
与元素周期表之间的关系
根据核外电子排布的原则
和光谱实验的结果
我们可以得到
各原子的基态电子结构
这种基态电子结构
就是在上节课当中
我们讨论的
在能级近似图当中
依次排列的
电子的轨道的填充规律
如果按照原子的序数
及核电荷数递增的顺序
把我们的原子
按照核外电子层的结构
依次地排列起来
这时候我们就会发现
原子的性质会呈现
周期性的变化
一般来讲
原子的性质的
周期性的变化
主要与最外层的
电子的排列的方式有关
原子最外层的
电子的排列方式
一般来讲都是通过
由ns1到ns2和np6
这样的方式来变化的
当然这当中的氢和氦除外
为什么它们要除外呢
因为在这个元素当中
氢和氦都不具有什么
p轨道
所以
对于除氢和氦以外的
具有p轨道的
这些原子来讲
它们的排列的周期
在每一个周期当中
都是从ns1到ns2
np6之间变化
元素的性质
随着核电核数的递增
而呈现周期性变化的规律
就是我们现在要探讨的
元素的周期律
元素周期律
如果用表格的方式
来表达出来
就是我们大家熟悉的
而且在日常当中
也经常会用到的
元素周期表
但是同学们
不是每一个人都能了解
元素周期表是怎么来的
最初
是用一种什么样的思想
把元素集合和排列起来的
今天我们就首先来分享
元素周期表发明的过程
1869年俄国科学家
门捷列夫
在总结了已知的63种元素
它的性质和它们的原子量
之间的关系以后
发表了他的著名的论文
也就是
《元素的性质和原子量的关系》
总结了这些关系以后
它把元素的性质
按照原子量大小的变化次序
做了一个排队
这个排队的原则呢
是在已知的63种元素当中
根据相对原子量的大小
以表的形式
把它们排列起来
如果这些元素的
化学性质是相似的
那么就把它们排在表里的
左右对齐的位置
当质量的顺序
与性质发生不一致的
这样一个变化的时候
那么这时候呢
要不然就把
不一致的性质的元素
进行位置的调换
要不然就干脆开一个天窗
留下一个空位放在这一列
留待后人再发现
相应的元素
再填充到这些位置当中
采用这样的一个方法
门捷列夫最早的手稿
是这样的
看出来很出乎我们的意外
但是这样的一种
看起来很粗糙的
最初的排列方式
却为我们揭示了
为我们后续的
元素周期表当中
所广泛认同的这样的一个
周期性变化规律
这种规律当中
既有随着相对原子量
不断的增加
它所排列出来的一列一列
这样的一个周期性的规律
而且我们看到每一行
又是它们的性质相近的
排列的顺序
在这当中有问号的地方
是门捷列夫
根据已知的研究结果
预测了新的元素
可能具有的原子的质量
以及它可能相应的
原子的这样一个性质
做的归类
所幸的是接下来的研究
人们就真的在实验当中
找到了具有相似的原子量
和相似性质的元素
加以填充
这就是元素周期表
发现的过程
在这个过程当中
随着科学研究的不断发展
未知的空位逐一被填满
同时当原子结构在20世纪初
随着量子化学的发展
逐渐被人们区分为电子
原子核之间的相互作用
研究了单电子核外的运动状态
和多电子核外的运动状态以后
人们发现
原子量和原子核外的
电子数之间
有着某种相应的联系
人们用更能够精确反应
原子排列次序的新的参数
也就是原子核当中的质子数
也就是核外电子数
或者是核电荷数
来代替了最初门捷列夫
选用的相对原子量
来进行排队的这样一个次序
这样的排列
就更能够直观的反映
元素与元素之间的相互关系
从而形成了
现行的元素周期表
这样的周期表
逐渐的为我们提供了
越来越多的
丰富的化学知识
这当中既有它的
元素的组成
它的元素的核电荷数
元素的相对质量
以及包括它的熔点、沸点
还有包括它的电导率
以及自然的状态
天然的矿物的来源
以及它有可能将来的
应用的状况
更丰富的知识
来源于它的离子状态
它的原子的半径
以及它有可能形成的
各种物质
在实际的生产生活
和我们的科学研究当中的应用
等等
这里展示的就是由
IUPAC分类标注的
最权威的元素周期表之一
有关这方面的内容呢
同学们可以多加留意
可以从这样的一个
简单的表格当中
得到最丰富的原子的结构
和原子的性质
为我们后续的研究
和利用这些知识
提供了极大的方便
同时
我们从这些规律性的
变化过程当中
还可以总结出来
我们的元素的金属性
和非金属性的变化规律
比如说我们从横向的
这样的周期性来比较
从左到右
元素的金属性是增强的
从我们的列的主族的方向
或者是副族的方向来看的话
从上到下
也是金属性增加的
反方向就意味着
我们的非金属性在增加
在这张表当中
虽然看似简单
但是却给了我们一个
非常珍贵的信息
就是
在这样的一个对角线的位置
在典型的非金属
和过渡族金属
和主族金属之间
存在的一个半金属区域
这些看似简单的元素
实际上也是影响
我们今天的生活
我们今天的研究
最关键的元素之一
在这些当中
有我们熟悉的Si和Ge
是典型的本征半导体
它带来的
微电子技术的飞跃
已经彻底改变了我们现代的
社会生活形态
这当中的As、Sb和Te
成为我们的
化合物半导体的
能量转换材料的关键支柱
而B呢
不仅有很多
关于金属和非金属
材料研究过程当中的
作为合金元素的研究
或者是掺杂元素的研究
更直观的是
B如果掺到玻璃里
可以改变玻璃的膨胀系数
B如果作为化合物
可以改变
我们现在设计超导的
全新的思路
所以看似简单的
在对角线上的几个元素
它们既具有
金属材料的导电性
又具有非金属材料的
许多珍贵的性质
这也是目前
我们在元素研究当中
非常关注
也是非常热点的
几个话题
有关这部分的内容呢
在后续的章节当中
崔爱莉教授
将会给大家带来
更多的知识和分享
在各周期元素的
这样一个数目
与它们填充的
能级的关系当中
我们发现
随着主量子数的提高
各个周期当中
所包含的元素的数目
与它们的能级组当中的
轨道数目直接相关
在每一个轨道当中
由于可以填充最多的两个
自旋方向相反的电子
因此每个周期当中
元素的数量
就与我们的原子序数
和核电荷数直接相关
我们可以看到
在第一周期当中
只有两个元素
第二周期当中有8个
第三周期当中有8个
第四、第五分别有18个
而第六周期当中
拥有32个元素
在第七周期当中
还有许多未发现的
或者是尚待发现的
新的元素
也将会填充在第七周期
或者更高的周期当中
如果
我们按照价电子的类型
把元素周期表
进行重新的分类的话
我们还会发现一个新的
有趣的周期性的规律
也就是说当我们的元素的
最后一个电子
或者是价电子
是排列在s轨道上的时候
这时候我们的元素
所处的区域
我们称为s区
s区的元素
它的构型是ns1-2个电子
这当中主要是碱金属
和碱土金属
它是我们的活泼金属的代表
而当最后的电子
排列在p轨道的时候
这时候形成的价电子的构型
是ns2np1-6
这时候主要包括ⅢA族
到零族之间的元素
那么这部分的元素
以我们的典型的金属
典型的非金属
以及包括刚才我们介绍的
半金属为主要的组成
而如果最后的电子是排列在
次外层的d轨道上的时候
这时候的元素我们称为
d区元素
它的价电子的构型
是次外层的d1-9
和它的外层的s1-2
这些元素主要包括
从第三副族到第八副族
之间的元素
以过渡族元素的形态
为主要的表现形式
ds区是价电子构型
位次外层的满层
以及它的外层的ns1-2
其中包括了第一副族
和第二副族
它的次外层
由于充满了d轨道
所以它在半导体材料
和特殊的光学材料方面
有非凡的表现
有关这部分的内容呢
在后面严清峰教授介绍的
材料化学相关的内容当中
也会给大家展示
它们典型的例子
f轨道是我们最熟悉
也是生活当中
应用最常见的
元素的大集合
这当中
特别是我们的镧系稀土
是目前在能源材料
和发光材料当中
应用非常广泛的
之所以它们能在
这些领域里面应用
是因为
它们的价电子的构型
为次内层的f1-14
以及d0-2
和最外层的s的满轨道
这当中除了镧系以外
锕系当中
由于许多的放射性元素
也有非常奇特的
物理和化学性质
供人们研究和利用
也是近来
化学和材料研究当中的热点
有关相关的内容
同学们可以课后
多关注相关的研究报告
和研究论文
有关元素周期律呢
这节课我们就先介绍到这
下节课我们再继续
相关内容的学习
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
--Video
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
--Video
-4.1 离子键理论—离子键价键构型
--Video
-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
--Video
-4.2 共价键理论—现代价键理论
--Video
-4.2 共价键理论—共价键的性质
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
--Video
-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
--Video
-4.6 分子间作用力-分子的极性
--Video
-4.6 分子间作用力-分子间作用力
--Video
-4.7 氢键
--Video
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
--Video
-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
--Video
-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
--Video
-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
--Video
-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
--Video
-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
--Video
-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
--Video
-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
--Video
-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
--Video
-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
--Video
-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
--Video
-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
--Video
-7.1 自发过程与自发反应（二）
--Video
-7.2 熵与热力学第二定律—熵
--Video
-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
--Video
-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
--Video
-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
--Video
-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
--Video
-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
--Video
-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
--Video
-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
--Video
-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
--Video
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
--Video
-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
--Video
-9.1 酸碱平衡—同离子效应
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
--Video
-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
--Video
-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
--Video
-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
--Video
-10.2 原电池与电极电势—原电池
--Video
-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
--Video
-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
--Video
-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
--Video
-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
--Video
-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
--Video
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
--Video
-无机元素化学-p区元素
--Video
-无机元素化学-过渡元素
--Video
-生命化学概论-生命有机化合物官能团
--Video
-生命化学概论-生命元素-碳
--Video
-生命化学概论-生命元素-氧
--Video
-生命化学概论-蛋白质
--Video
-生命化学概论-核酸
--Video
-生命化学概论-糖
--Video
-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
--Video
-生命化学概论-药物
--Video
-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
--Video
-纳米科学与化学-微观结构与仿生
--Video
-纳米科学与化学-纳米结构的观察
--Video
-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
--Video
-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
--Video
-化学与材料-正渗透与水处理技术
--Video
-化学与材料-相变材料（一）
--Video
-化学与材料-相变材料（二）
--Video
-化学与材料-范德华力与二维材料
--Video
-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
