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元素周期律美科学教学探讨 大冶六中 杨司乾 文章摘要：本文较全面探讨了元素周期表根据原子核外电子排布的规则对所有元素进行周期性排布的规律，阐述了元素周期律与元素周期表之间必然的内在逻辑联系，深刻论述了其中蕴涵的美学科学价值以及对学生科学审美观的塑造与培养。 主题词：原子核外电子排布 元素周期律 美科学教学 恩格斯曾说：“自然规律就像一位慈祥的老人，他每天端坐在大自然的门口，微笑地看着行色匆匆从他面前走过的人们。当有人一旦发现了他，他就为人们所利用。”在18、19世纪的元素大发现时期，科学家们对不断被发现的新元素伤透了脑筋。因为他们有的形态与性质相似，有的形态与性质又相去甚远，杂乱无序，像被巫神作弄似的，令人们对元素的认识无所适从。甚至有人抱怨说，不会再有未知元素了吧，要是又冒出一个新元素来，化学世界不知又要乱成什么样子。因此，科学家们强烈希望能对所有元素进行系统的归纳与分类。当俄国化学家门捷列夫公布他的元素周期律研究成果，并在他所绘制的那张简陋的元素周期表里为他所预言的“类硼”、“类铝”、“类硅”等元素的存在而留出空格并在以后被一一证实时，化学界为之震惊，科学家们都因为他的工作而分享愉悦与快乐，如同欣赏一幅美丽的化学元素的百景图，美不胜收。今天，当我们细细品味元素周期表，就像徜徉在一座化学元素的大超市，尽管物品琳琅满目，但排列井然有序。每种元素物归其类，各安其位。 元素周期律深刻揭示了早期被认为互不关联的各单独元素之间结构与性质的内在联系，元素周期表是对这一自然规律的完美表现形式。按核电荷数递增的顺序，元素周期表以行和列的二维体系来排列这些元素。每一横行具有相同电子层数的元素构成同一周期，每一纵行具有相同最外层电子数而电子层数递增的元素构成同一族。元素周期律的核心是随核电荷数的递增，元素原子的核外电子排布呈周期性变化。根据这一规律，结合核外电子排布的知识，可使学生深刻领悟周期律的精妙，而周期表又是如何至善至美体现这一周期性变化规律的。在此，看似枯燥、繁琐的科学原理给人艺术的情趣、美学的启迪。 当核电荷数为1-2时，原子核外电子只进入K层，由于K层最多只能容纳两个电子，因此第一周期只有两种元素，并以惰性元素2He（K2）结束这一周期。 比2He增加一个核电荷的元素3Li,原子核外相应增加一个电子，其电子排布结构为在2He（K2）基础上递增一个电子的排布结构。由于此时K层电子已为饱和结构，故增加的电子只有进入L层排布，于是开始第二周期。由于L层（也是最外层）最多只能容纳8个电子，因此第二周期从3Li（K2L1）开始，至惰性元素10Ne（K2L8）结束，这一周期共有8个元素。 在10Ne以后递增核电荷的元素，其核外电子排布承接10Ne（K2L8）电子排布递增。此时在K、L层电子都已饱和的情况下，原子新增电子只有进入M层排布，由此开始第三周期。由于第三周期元素原子的M层也是最外层，最多可容纳8个电子，因此，该周期从11Na（K2L8M1）开始，至惰性元素18Ar（K2L8M8）结束，这一周期也只有8个元素。 以上一、二、三周期元素种数分别为2、8、8，合称为短周期 从18Ar到19K，原子核外电子在18Ar（K2L8M8）基础上增加一个电子。那么，19K的原子核外第19个电子如进入M层，则此时M层仍为最外层，却排布9个电子，违反了最外层8电子最大值的规律。因此，这一电子只有进入下一个电子层，为19K（K2L8M8L1）结构，相当于使18Ar（K2L8M8）的最外层变成次外层，开始第四周期。在18Ar（K2L8M8）中本为饱和结构的M8排布，在这一周期中被“内化”为次外层而成为不饱和排布（K2L8仍饱和）。因此，从20Ca（K2L8M8N2）以后元素原子的电子递增中，增加电子数需先将次外层排至饱和结构，这一共需要10个元素来完成。因此，从21Sc--30Zn共10个元素的电子排布，就是将该周期的次外层M8过渡至M18，而维持N2电子数不变。当完成这一过渡，到31Ga(K2L8M18N2)时，K、L、M三个内层的电子排布都已饱和，其后元素所递增的电子用于满足将最外层排至饱和结构，以惰性元素 36Kr（K2L8M18N8）结束该周期，因此这一周期共有18个元素。 第五周期元素排布类似第四周期，在“内化” 36Kr（K2L8M18N8）电子排布时，K2、L8、M18都达饱和结构，而在36Kr中饱和的最外层N8在第五周期中处于次外层时变的不饱和，也需10个元素将其过渡至饱和排列，因此完成这一周期也需10个元素，并以惰性元素54Xe（K2L8M18N18O8）结束该周期。 在54Xe上递增一个核电荷，并“移植” 54Xe的电子排布，以55C