族
zú
族是元素周期表中的一个纵列;同一族中的元素价电子数相同,化学性质相似。
Definition
族是元素周期表中从上到下延伸的一个纵列,同一族的元素性质相似;一共有 $18$ 个族。族也称为元素家族,编号从 $1$ 到 $18$,同族元素的价电子数相同,因此形成的离子电荷相同,反应方式也相似;常见的族包括碱金属(第 $1$ 族)、碱土金属(第 $2$ 族)、卤素(第 $17$ 族)和稀有气体(第 $18$ 族)。相同的价电子构型(第 $1$ 族为 $ns^1$,第 $17$ 族为 $ns^2 np^5$,以此类推)造就了相似的化学性质、氧化态和化合物形式。沿一族从上到下,每往下一行就增加一个主壳层,所以原子半径增大,而电离能和电负性减小;第 $3$ 至 $12$ 族是过渡金属,其部分填充的 $d$ 亚层使它们具有可变的氧化态和有颜色的化合物。
Example
氦、氖、氩都位于最后一列,即第 $18$ 族,它们都不喜欢与任何物质反应,这正是它们被用于气球和发光招牌的原因。第 $2$ 族的每一种元素(铍、镁、钙、锶、钡)都有 $2$ 个价电子,形成 $2+$ 价离子;镁和钙都能与盐酸反应释放出氢气。第 $17$ 族按鲍林标度的电负性从氟的 $3.98$ 降到碘的 $2.66$,所以氟能从溶液中置换出氯离子($F_2 + 2Cl^- \rightarrow 2F^- + Cl_2$),而碘却做不到;这四种元素都能形成卤化氢 $HX$ 和钠盐 $NaX$。
Key Insight
只要知道某一族中一种元素的性质,就能相当准确地推测出同族其他元素的性质。反应活性沿一族的变化方向是可预测的:碱金属越往下越活泼(钾比钠反应更剧烈),而卤素则越往下越不活泼(氟是反应性最强的)。现在通用的 $1$ 到 $18$ 编号取代了旧式的 IA 到 VIIIA 编号,但罗马数字的写法仍被保留,因为对主族元素来说,它恰好等于价电子的数目;无论用哪种编号,纵列始终是预测周期表化学性质最快捷的方法。