元素周期律的發(fā)現(xiàn)和元素周期表的誕生，開創(chuàng)了化學科學的新紀元。從此，人們對千變萬化的物質世界的認識再也不是支離破碎的了。
利用元素周期表，人們不僅可以系統(tǒng)地總結已有的元素知識，而且可以結合原子結構的知識，研究元素性質的遞變規(guī)律,并在此基礎上預測未被發(fā)現(xiàn)的新物質的性質和應用，繼而把它們合成出來。
認識同周期元素性質的遞變規(guī)律
元素周期表是元素周期律的具體表現(xiàn)形式，那么，元素周期表是怎樣體現(xiàn)元素的性質隨著原子序數的遞增而呈周期性變化的呢?現(xiàn)以第3周期元素為例，研究元素原子失電子能力或得電子能力的變化規(guī)律.
第3周期元素原子得失電子能力的比較第3周期包括鈉(Na)、鎂(Mg)、鋁(Al)、硅(Si)、磷(P)、硫(S)、氯(cl)、氬(Ar)8種元素，請你運用實驗觀察、查閱資料等方法認識這些元素原子失電子能力或得電子能力的相對強弱。
交流研討1.第3周期元素的原子結構有什么特點?
2.第3周期元素原子失電子能力或得電子能力，按照原子序數遞增的順序如何變化?為什么?實驗探究實驗探究實驗目的:比較鈉、鎂、鋁三種元素原子失電子能力的相對強弱。
實驗用品:金屬鈉(切成小塊)，表面積相同的鎂條和鋁條，稀鹽酸，NaOH溶液 MgCl2 溶液，AlCl3溶液，蒸餾水;燒杯，試管，表面皿，酒精燈，試管夾，小刀，鑷子，玻璃片，濾紙等
試劑表面積相同的鎂條和鋁條，MgCl2溶液，金屬鈉(切成小塊)，鹽酸(1 ml·L-1)，NaOH溶液、AlCl 3溶液，蒸餾水儀器燒杯，試管，表面皿，酒精燈，試管夾。
方法導引元素原子失電子能力的強弱可以采用下列方法間接地判斷。1.比較元素的單質與水( 或酸)反應置換出氫的難易程度。置換反應越容易發(fā)生，元素原子的失電子能力越強。
2.比較元素最高價氧化物對應的水化物的堿性強弱。一般說來，堿性越強，元素原子失電子的能力越強。
在第3周期中，從鈉到氯，各元素原子的核外電子層數相同，核電荷數依次增多，原子半徑逐漸減小，元素原子的失電子能力逐漸減弱、得電子能力逐漸增強。而氬為稀有氣體元素，性質十分穩(wěn)定，其原子既不易得電子也不易失電子。對其他周期元素進行同樣的研究，也能得到類似的結論。
例如，從鋰(Li)到氖(Ne)，隨著原子序數的遞增，由活潑的金屬元素(Li)逐漸過渡到不太活潑的金屬元素再過渡到非金屬元素(N、O、F等)，最后是稀有氣體元素--氖(Ne)其實，金屬元素、非金屬元素之間并沒有嚴格的界限，元素周期表中位于金屬元素與非金屬元素交界處附近的元素，
既能表現(xiàn)出一定的金屬元素的性質，又能表現(xiàn)出一定的非金屬元素的性質。例如，硅元素屬于非金屬元素，鍺元素屬于金屬元素，但它們的單質均具有半導體的性質。在同一周期的主族元素中，各元素原子的核外電子層數相同，但從左到右核電荷數依歡增多，原子半徑逐漸減小，元素原子的失電子能力逐漸減弱、得電子能力逐漸增強。
元素周期表清楚地體現(xiàn)了元素的性質隨著原子序數遞增呈現(xiàn)的周期性變化。
研究同主族元素的性質元素
在元素周期表中的位置反映了該元素原子結構的特點以及由此決定的元素的性質，因此可以根據某元素在元素周期表中的位置推測它的原子結構和有關性質。
1.在元素周期表中，同主族元素原子的核外電子排布有什么特點?請你以IA 族金屬元素和ⅦA 族元素為例，推測同主族元素性質的相似性和遞變性。2.嘗試利用學過的元素及其化合物的知識為你的推測尋找證據。
在元素周期表中，位于同一主族的元素原子的最外層電子數相同，因此同主族元素具有相似的性質。例如,IA 族中的金屬元素鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈁(Fr)等稱為堿金屬元素(圖1-3-3)。
堿金屬元素具有相似的性質，原子的最外層都只有1個電子，元素的最高化合價為+1價;元素原子的失電子能力強，是活潑的金屬元素。
又如，ⅦA族元素氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)等稱為鹵族元素。鹵族元素原子的最外層都有7個電子，元素的最高化合價為+7價(F除外)，最低化合價為-1價;元素原子的得電子能力強，是活潑的非金屬元素。
同主族元素原子的核電荷數、電子層數不同，導致它們的性質有所差異。同主族元素原子從上到下，核外電子層數依次增多，原子半徑逐漸增大，元素原子的失電子能力逐漸增強、得電子能力逐漸減弱。
同主族元素原子結構的相似性，決定著它們的單質和某些同類化合物表現(xiàn)出相似的性質:其原子結構的差異性，又決定著它們的單質和某些同類化合物的性質有一定的差異，且自上而下隨著元素核電荷數的增加而遞變。例如，堿金屬元素的單質都能與氧氣、水等物質發(fā)生反應，堿金屬元素最高價氧化物對應的水化物一般具有很強的堿性;
但是，金屬鋰與氧氣反應不如金屬鈉與氧氣反應劇烈，而金屬銣和銫遇到空氣會立即燃燒，遇水還可能發(fā)生爆炸。又如，從氟到碘，單質的氧化性逐漸減弱，單質與氫氣發(fā)生的化合反應越來越難進行:氟氣與氫氣在暗處能劇烈化合并發(fā)生爆炸，生成的氟化氫很穩(wěn)定;氯氣與氫氣在光照或點燃條件下能發(fā)生反應，生成的氯化氫較穩(wěn)定;
溴蒸氣與氫氣加熱至一定溫度時才能反應，生成的化氫不如氯化氫穩(wěn)定;碘與氫氣在不斷加熱的情況下才能緩慢反應，生成的碘化氫不穩(wěn)定，在同一條件下同時分解為碘和氫氣。
思考1.除了上述實驗外，還可以找到哪些證據說明鹵族元素性質的相似性和遞變性?2.學習了元素周期律和元素周期表后，在分析物質的化學性質時你有了哪些新角度?
堿金屬、鹵族元素單質的物理性質堿金屬單質和鹵族元素單質在物理性質上均分別表現(xiàn)出一些相似性和遞變規(guī)律。例如，除銫外，其余的堿金屬單質都呈銀白色:它們都比較軟、有延展性、密度比較小、導熱性和導電性較好;從鋰到銫單質的熔點、沸點逐漸降低。又如，從氟到碘，鹵族元素單質的顏色逐漸變深，熔點、沸點逐漸升高。
由以上分析可以得知，同一周期或同一主族的元素，它們的性質總是呈現(xiàn)規(guī)律性變化。
金屬材料金屬材料是指金屬元素或以金屬元素為主構成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱，包括純金合金和特種金屬材料等。屬、金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括工業(yè)純鐵、鑄鐵、碳鋼，以及各種用途的結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、精密合金等。
廣義上的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。有色金屬指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料，如非晶態(tài)金屬材料，準晶、微晶、納米品金屬材料，具有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能的合金，以及金屬基復合材料等。
人類文明的發(fā)展和人類社會的進步與金屬材料關系密切。石器時代之后出現(xiàn)的銅器時代、鐵器時代都以金屬材料及其應用為其顯著的特征?，F(xiàn)在，品種繁多、功能各異的金屬料更是成為世界各國經濟社會發(fā)展的重要物質基礎。
預測元素及其化合物的性質
在元素周期表中，有許多我們陌生的元素，我們可以基于對已知元素的認識，利用元素周期律以及對已知元素及其化合物性質的研究思路和方法，研究陌生元素及其化合物的性質。
硅在地殼中的含量僅次于氧，硅的氧化物及硅酸鹽構成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。計算機芯片、光導纖維、玻璃儀器等，都是以硅或硅的化合物為材料制成的。
1.比較碳、硅、磷元素的性質2.硅及其化合物有哪些?嘗試寫出它們的化學式。3.請預測硅及其化合物的化學性質，并說明預測依據
元素的性質通常包括元素化合價、原子半徑、元素原子的得失電子能力等，可以根據元素原子結構的特點和元素在元素周期表中的位置認識元素的性質。例如，硅原子的最外層有4個電子，最高化合價為 +4價，最低化合價為-4價，硅屬于非金屬元素;與同期磷元素的原子相比，其核電荷數較小、原子半徑較大、原子核對最外層電子的吸引作用較弱，因此硅元素原子的得電子能力較弱.
從物質類別、元素化合價、物質所含有關元素在元素周期表中的位置的角度可以認識有關物質的化學性質。例如，硅元素(原子序數為14)位于元素周期表中第3周期ⅣA族,屬于非金屬元素;二氧化硅(Si02)屬于酸性氧化物，能與堿溶液緩慢反應，高溫時能與堿性氧化物反應;
二氧化硅中硅元素的化合價為+4價，因此二氧化硅具有氧化性，能與某些還原劑反應;硅酸(H2SiO3)的酸性弱于碳酸，硅酸可以由硅酸鈉(Na2SiO3)與鹽酸、硫酸等反應制得。此外，二氧化硅還具有一些特殊的性質。例如，二氧化硅雖然屬于酸性氧化物，但能與氫氟酸反應，該反應曾用于刻蝕玻璃。
硅及其化合物與非金屬材料硅與半導體材料 半導體材料特指導電能力介于導體和絕緣體之間的一類材料。硅是常溫下化學性質穩(wěn)定的半導體材料，主要用于制造芯片和太陽能電池。自然界中沒有游離態(tài)的硅。工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原二氧化硅得到含有少量雜質的粗硅;將粗硅提純后，可以得到用作半導體材料的高純硅。
二氧化硅與光導纖維二氧化硅廣泛存在于自然界中，沙子、石英和水品的主要成分都是二氧化硅。二氧化硅常被用來制造高性能的現(xiàn)代通信材料--光導纖維(簡稱“光纖”)。光纖通信克服了聲音信號和圖像信號在銅絲或鋁絲媒介中傳播損耗大的缺點，并節(jié)約了大量金屬資源。光纖除了用于通信外，還用于能量傳輸、信息處理、遙測遙控和醫(yī)療器械(如光導纖維內窺鏡 )制造等方面。
硅酸鹽與無機非金屬材料硅酸鹽是由硅元素、氧元素和金屬元素組成的化合物的總稱，在自然界分布極廣。硅酸鹽材料如陶瓷、玻璃、水泥等)是無機非金屬材料的主要分支之一有著悠久的歷史。陶瓷材料是人類應用最早的硅酸鹽材料。玻璃的種類很多，除普通玻璃外還有鉛玻璃、有色玻璃、鋼化玻璃等。
制造普通玻璃的主要原料是純堿、石灰石和石英。水泥是非常重要的建筑材料。普通水泥的主要成分是硅酸三鈣(3Ca0·Si0,)、硅酸二鈣(2CaO·Si0,)、鋁酸三鈣(3CaO·ALO;)等。隨著信息科學、能源技術、航天技術、生物工程等現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，一些具有特殊結構、特殊功能的新型無機非金屬材料，如高溫結構陶瓷、生物陶瓷和壓電陶瓷等，相繼被研制出來。
元素周期表已成為化學家的得力工具，為研究物質結構、發(fā)現(xiàn)新元素、合成新物質尋找新材料提供了許多有價值的指導。例如，根據在元素周期表中位置相近的元素具有相似的性質這一規(guī)律，人們不但在金屬元素和非金屬元素的交界處尋找半導體材料，還在過渡元素中尋找優(yōu)良的催化劑。
又如，位于元素周期表中ⅣB族到VB族的過渡元素的單質，如鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉬(M)、鎢(W)等，大多具有耐高溫、耐腐蝕等特點，人們常利用以它們?yōu)樵现瞥傻奶胤N合金來制造火箭、導彈、宇宙飛船等。此外人們還利用元素周期表尋找合適的超導材料、磁性材料等.
1.歸納總結元素的原子結構、元素在元素周期表中的位置、元素性質、物質性質之間的關系。2.構建原子結構、元素在元素周期表中的位置、元素性質、物質性質的關系模型，示例如下:
1.X、Y是元素周期表VIIA 族中的兩種元素。下列敘述中能說明X的原子得電子能力比Y強的是( )。A.X原子的電子層數比Y原子的電子層數多B.X的氫化物的沸點比Y的氫化物的沸點低C.X的氣態(tài)氫化物比Y的氣態(tài)氫化物穩(wěn)定D.Y的單質能將X從NaX的溶液中置換出來
2.在元素周期表中找到硫元素，按照下列要求回顧、梳理你對硫元素的相關認識，并與同學們交流分享。(1)寫出能想到的關于硫及其化合物的相關信息，(2)梳理認識硫及其化合物的基本角度(3)用圖示的方法表示對硫元素的有關認識,
(4)在與同學們交流研討的過程中，不斷豐富、完善關于硫及其化合物的知識網絡概括認識元素及其化合物性質的基本角度。
3.已知 X、Y、Z 為三種原子序數相鄰的元素，最高價氧化物對應水化物的酸性相對強弱是HXO4>H2YO4>H3ZO4。下列說法中，不正確的是( ) A.氣態(tài)氧化物的穩(wěn)定性:X>Y>ZB.原子的得電子能力:YZD.三種元素原子的最外層電子數相等
4.下列各選項中，微粒按氧化性由弱到強、原子或離子半徑由大到小的順序排列的是 ( )。A.O、Cl、S、PB. K+ Al 3 + Ca 2 + Ba 2 + C. Rb、k、Na、LiD.K+ 、Mg 2 + 、A 3 + 、H +
5.已知 X、Y、Z、W 均為元素周期表中的短周期元素，它們具有如下特征:
(1)W的元素符號是__________,其原子結構示意圖為____________________ (2)四種元素中，原子半徑最大的是__________(填元素符號)。(3)Y元素原子的得電子能力_______ (填“強”或“弱”)于 W，請用原子結構的知識解釋其原因:___________________________________
(4)將 WY2通入 BaCl2溶液中，沒有明顯變化，再向其中加入乙元素最高價氧化物對應的水化物，可觀察到的現(xiàn)象是________________________,所發(fā)生反應的離子方程式是________________________________________
6.請利用元素周期表的有關知識，判斷下列對于鈹及其化合物的性質的推測是否正確，并說明理由。(1)鈹元素的原子半徑大于硼元素的原子半徑。(2)相同條件下，單質鈹與酸的反應比單質鋰與酸的反應劇烈。(3)氫氧化鈹的堿性比氫氧化鈣的堿性弱。(4)單質鈹能與冷水劇烈反應。

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