为什么叫“周期”表？
日历上，星期一过了是星期二，过完星期日又回到星期一，每 7 天重复一次。元素也有类似的现象：按原子序数排下去，锂、钠、钾这样性质相似的元素会隔一段就出现一次。这种“周期性”从哪里来？答案藏在 1.4.4 节画过的原子结构里。
原子结构与位置
把前 20 号元素的原子结构示意图按周期表的位置排好，会发现两条规律：
- 同一周期的原子，电子层数相同；从左到右，最外层电子数从 1 个依次增加到 8 个（第 1 周期是 1 个到 2 个）。
- 同一主族的原子，最外层电子数相同；从上到下，电子层数逐一增加。
- 0 族原子的最外层是 8 个电子（氦是 2 个），都是相对稳定结构。
1.4.4 节说过，最外层电子数决定元素的化学性质，所以同一主族的元素化学性质相似：锂、钠、钾的最外层都只有 1 个电子，都是很活泼的金属，都能和水反应放出氢气；氟、氯的最外层都是 7 个电子，都容易得到 1 个电子。
🔧 数学工具卡 · 读表格、找规律会了可以跳过
周期表就是一张大表格。读表格、找规律，按这几步来：
- 先看表头。 弄清每一行、每一列代表什么：这里的行是周期，列是族。
- 横着比，竖着比。 沿一行看过去，什么在变、什么不变？再沿一列看下来，又是什么在变、什么不变？
- 用规律去验证，也要留意例外。 找到规律后，多拿几个格子检验。氢和氦这样的“特殊格子”要单独看。
- 用规律做预测。 门捷列夫就是这样，根据空格周围元素的性质，预言了还没发现的元素。
在前 20 号元素的周期表里，沿同一列（同一主族）从上往下看，哪一项不变？
同一主族的原子最外层电子数相同；电子层数、核电荷数和原子半径都随着往下而增大。
切换格子里显示的内容：先看“电子层数”，再看“最外层电子数”，然后点行首的周期序数和列首的族序数，读出每一行、每一列的规律：
格子里的数字是原子的电子层数。格子里的数字是原子的最外层电子数。圆圈按原子半径的比例画出；稀有气体（虚线）不参与比较。蓝色是金属元素，绿色是非金属元素，紫色是稀有气体元素。
点一个元素，或者点行首的周期序数、列首的族序数。
规律的预告：原子半径和金属性
周期表里还藏着更多规律，到阶段二会详细学，这里先定性地看两条（在上面的表中切换到“原子大小”和“元素类别”）：
- 原子半径： 同一周期从左到右，原子半径逐渐减小；同一主族从上到下，原子半径逐渐增大。
- 金属性和非金属性： 同一周期从左到右，由金属逐渐过渡到非金属，例如第 3 周期是钠、镁、铝（金属）→ 硅、磷、硫、氯（非金属）→ 氩（稀有气体）。同一主族从上到下，金属性逐渐增强，钾和水的反应比钠更剧烈。
为什么同一主族往下原子会变大？因为电子层一层层增加。为什么同一周期往右原子反而变小？因为电子层数不变，核电荷数却越来越大，原子核把电子拉得更紧。
例题 1：由位置推结构
某元素位于第 3 周期第 ⅥA 族。它的原子核外电子怎样排布？它是哪种元素？
- 周期序数 = 电子层数。 第 3 周期，有 3 个电子层。
- 主族序数 = 最外层电子数。 ⅥA 族，最外层有 6 个电子。
- 排出电子。 前两层排满，是 2、8，第三层 6 个：2、8、6，共 16 个电子。
- 结论。 核电荷数为 16，是硫元素（S）。
例题 2：由结构推位置，再预测性质
某原子的结构示意图中，核电荷数为 19，电子排布为 2、8、8、1。它在周期表中的什么位置？它的化学性质和钠有什么关系？
- 4 个电子层。 位于第 4 周期。
- 最外层 1 个电子。 位于 ⅠA 族。这种元素是钾（K）。
- 和钠同族。 钠是 2、8、1，最外层也只有 1 个电子，所以钾和钠的化学性质相似，都容易失去 1 个电子，形成带 1 个单位正电荷的阳离子（、）。
- 比钠更活泼。 钾多一个电子层，原子更大，最外层电子离原子核更远，更容易失去。所以钾和水的反应比钠更剧烈。
- 钠和镁
同一周期从左到右，原子半径减小，钠在镁的左边。
- 钠和钾
同一主族从上到下，原子半径增大，钾在钠的下面。
- 氯和氟
氯和氟同在 ⅦA 族，氯多一个电子层。
- 氧和硫
硫在氧的下面，多一个电子层。
- 锂和氟
同在第 2 周期，锂在最左边，氟在右边，核电荷数大，把电子拉得更紧。
- 镁和钙
钙在镁的下面，多一个电子层。
- 铝和硅
同在第 3 周期，铝在硅的左边。
- 碳和氮
同在第 2 周期，碳在氮的左边。
- 氮和磷
磷在氮的下面，多一个电子层。
常见误区
误区 1：“电子越多，原子就越大。” 同一周期从左到右，电子越来越多，原子却越来越小：钠原子比氯原子大。原子大小主要看电子层数，层数相同时，核电荷数越大，原子越小。
误区 2：“所有族的序数都等于最外层电子数。” 这条规律只适用于主族。0 族的最外层是 8 个电子（氦是 2 个），副族和第 Ⅷ 族初中不要求。
误区 3：“同一周期的元素化学性质相似。” 化学性质相似的是同一主族的元素。同一周期从左到右，元素由金属逐渐变成非金属，性质差别很大。
即时小测
某原子有 3 个电子层，最外层有 7 个电子，它位于？
周期序数 = 电子层数 = 3，主族序数 = 最外层电子数 = 7，所以是第 3 周期第 ⅦA 族，这是氯。
同一主族的元素从上到下，下列说法正确的是？
同一主族从上到下，最外层电子数不变，电子层数增多，原子半径增大，金属性增强。
小结
- 周期序数 = 电子层数；主族序数 = 最外层电子数；0 族最外层是 8 个电子（氦 2 个）。
- 同一主族最外层电子数相同，化学性质相似；同一周期从左到右，由金属过渡到非金属。
- 原子半径：同一周期从左到右减小，同一主族从上到下增大。金属性：同一周期从左到右减弱，同一主族从上到下增强。
通往 AP（以后再看）
U1.7 的周期趋势是 AP 第一单元的重点：原子半径、电离能（拿走一个电子需要的能量）和电负性。今天看到的金属性规律可以换一种说法：同一主族越往下，电离能越小，电子越容易失去。AP 用库仑定律和有效核电荷解释这些趋势，阶段二的 2.3.2～2.3.5 节会逐一学习。