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    原子的結(jié)構(gòu)決定了元素的性質(zhì)。原子的電子層結(jié)構(gòu)隨著原子序數(shù)的遞增呈現(xiàn)周期性變化，導(dǎo)致元素的某些性質(zhì)，如原子半徑徑、電離勢(shì)、電子親和能、電負(fù)性、金屬性、氧化數(shù)等性質(zhì)，也呈現(xiàn)周期性變化。先來介紹下原子半徑與電離勢(shì)的周期性變化。

原子半徑
    原子半徑的大小主要取決于核外電子的層數(shù)和原子的有效核電荷。按照近代原子結(jié)構(gòu)理論，核外電子呈幾率分布，因而原子本身無明顯的界面。但在單質(zhì)和化合物中，原子常以化學(xué)鍵結(jié)合在一起，通常所說的原子半徑是按照以下三種方法來確定的：
    （1）共價(jià)半徑：當(dāng)兩個(gè)相同原子以共價(jià)單鍵相連時(shí)，其核間距離的一半稱為該原子的共價(jià)半徑。例如把Cl-Cl分子的核間距的一半（99pm）定為Cl原子的共價(jià)半徑（圖4－6（a））。
    （2）金屬半徑：金屬單質(zhì)的晶體中，兩個(gè)相鄰的金屬原子核間距離的一半，稱為該金屬原子的金屬半徑。例如把金屬銅中兩個(gè)相鄰Cu原子核間距的一半（128pm）定為Cu原子的半徑（圖4－6（b））。
    （3）范德華半徑：在分子晶體中，例如稀有氣體晶體，相鄰分子核間距的一半，稱為該原子的范德華半徑。例如Ne的范德華半徑為160pm（圖4－6（c））。

    總之，金屬原子取金屬半徑，非金屬原子取共價(jià)半徑，稀有氣體原子取范德華半徑。各元素原子的原子半徑相對(duì)大小見表4－3。

    從表4－3可以看出，同一周期主族元素自左往右，隨著原子序數(shù)遞增，核核電荷數(shù)依次增加，核對(duì)外層電子的引力增強(qiáng)，使得電子向核靠近；同時(shí)，核外電子數(shù)增加，電子與電子之間的排斥力增加，使得電子遠(yuǎn)離核。兩者相比之下，核對(duì)外層電子的引力增強(qiáng)起主導(dǎo)作用，所以原子半徑變化的總趨勢(shì)是逐漸減小。主族元素，從上往下，盡管核電荷數(shù)增多，但是電子層數(shù)的增多起主導(dǎo)作用，因此原子半徑顯著增加。副族元素有類似的變化規(guī)律，但不如主族元素明顯。值得一提的是，鑭系元素，從₅₇La至₇₁Lu，新增加的電子填人外數(shù)第三層（n－2）f軌道上，部分抵消核對(duì)外層ns電子的引力，使得原子半徑收縮幅度很小，這種現(xiàn)象叫做系收縮。鑭系收縮使得鑭系元素的原子半徑接近，電子構(gòu)型相似，化學(xué)性質(zhì)相近。系收縮導(dǎo)致其后的元素與相應(yīng)上一周期的同族元素的原子半徑非常接近，如Zr與Hf，Nb與Ta，Mo與W等，它們的化學(xué)性質(zhì)也極相近，常共生于同一礦石中，并且分離困難。

電離勢(shì)
    電離勢(shì)（I）是指基態(tài)氣態(tài)原子或離子失去一個(gè)電子形成相應(yīng)的氣態(tài)離子所需的能量（單位為kJ／mol），例如

Mg(g)－e → Mg⁺(g)；第一電離勢(shì)I₁＝737．7kJ／mol

Mg⁺(g)－e → Mg²⁺(g)；第二電離勢(shì)I₂＝1450．7kJ／mol

電離勢(shì)均為正值，且I₁＜I₂＜I₃＜…。元素原子的電離勢(shì)反映了原子失去電子的難易程度：電離勢(shì)越小，原子越容易失去電子；反之，電離勢(shì)越大，原子越難失去電子?？梢愿鶕?jù)原子的電離勢(shì)來衡量原子失去電子的難易程度。
    元素原子的電離勢(shì)可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)出，圖4－7給出了原子的第一電離勢(shì)與原子序數(shù)的關(guān)系。由圖可見，同一周期主族元素，自左往右，元素的I₁總體上由小變大，到稀有氣體達(dá)到最大值；副族元素自左往右，元素的I₁變化不十分規(guī)律。同一主族元素，自上往下，元素的I₁遞減。副族元素自上往下原子半徑只是略微增大，而且第五、六周期元素的原子半徑又非常接近，核電荷數(shù)增多的因素起了作用，電離勢(shì)變化沒有較好的規(guī)律。同一周期中，元素的I₁有些曲折變化，如從Li～Ne并非單調(diào)上升，Be、N、Ne都比相鄰的兩元素高，這是由于能量相同的軌道電子填充出現(xiàn)全充滿、半充滿或全空等狀況。Li的I₁最低，自Li到Be隨著核電荷數(shù)的增加，電離勢(shì)升高，這是由于Be的電子排布為2s²。B失去一個(gè)電子可得到2s²2p²的電子構(gòu)型，所以B的I₁反而比Be低。N原子有較高的I₁，因?yàn)樗鼮榘氤錆M電子結(jié)構(gòu)，O原子的I₁低于N原子，因?yàn)樗ヒ粋€(gè)電子可以得到p³的電子構(gòu)型，Ne為2s²2p⁶的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在這一周期中電離勢(shì)最高。

    電離勢(shì)的大小除反映元素失電子的難易外，還可說明元素的常見氧化數(shù)。例如數(shù)據(jù)表明Na的I₁﹤﹤I₂，Mg的I₂﹤﹤I₃，Al的I₃﹤﹤I₄，Si的I₄﹤﹤I₅，…。因此Na通常為＋1，Mg為＋2，Al為＋3。對(duì)于任何元素，第三電離勢(shì)之后的各級(jí)電離勢(shì)數(shù)值都較大，高于＋3價(jià)的獨(dú)立離子通常很少存在。