周期
zhōu qī
周期是元素周期表中的一个横行;同一周期内所有元素的电子能级数相同。
Definition
周期是元素周期表中从左到右延伸的一个横行,一共有 $7$ 个周期。周期数表示该周期内元素的原子所拥有的已占据电子能级数目;从左到右,每一种元素都比前一种多一个质子和一个电子,所以性质会逐渐从活泼的金属过渡到活泼的非金属,最后到不活泼的稀有气体。每个周期对应着一个主量子壳层 $n$ 的填充,其长度等于可用轨道的数目:$n = 1$($1s$)对应 $2$ 种元素,第 $2$、$3$ 周期($s$ 和 $p$)各有 $8$ 种元素,第 $4$、$5$ 周期(加上 $d$)各有 $18$ 种元素,第 $6$、$7$ 周期(加上 $f$)各有 $32$ 种元素。在同一周期内从左到右,有效核电荷增大,而内层电子的屏蔽作用大致不变,因此原子半径减小,电离能和电负性总体上升。
Example
第 $1$ 周期只有 $2$ 种元素,氢和氦;第 $2$ 周期从锂到氖,共 $8$ 种元素。第 $3$ 周期从钠($Na$,$11$ 个质子)到氩($Ar$,$18$ 个质子);这八种元素都有三个电子能级,钠有 $1$ 个价电子,氯有 $7$ 个,氩则有完整的 $8$ 个。在第 $2$ 周期从左到右,第一电离能从锂的 $520\text{ kJ/mol}$ 攀升到氖的 $2081\text{ kJ/mol}$,中间在硼和氧处略有下降,这是亚层结构和电子成对效应造成的;原子半径则从锂的 $152\text{ pm}$ 降到氖的约 $69\text{ pm}$。
Key Insight
在同一周期内从左到右移动,元素的性质变化很大,从左边有光泽的金属,一直变化到右边无色的气体。周期数等于电子壳层数,所以第 $4$ 周期的元素比正上方第 $3$ 周期的元素体积更大,原子沿周期表向下依次变大。2016年,随着鉨、镆、鿬和鿫这四种元素被正式命名,第 $7$ 周期已经完整;任何 $119$ 号及以后的元素都将开启第 $8$ 周期,理论上还会开始填充 $g$ 亚层。