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元素周期表

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元素周期表是依原子序数、核外电子排布情况和化学性质的相似性来排列化学元素的表格。一如其名，元素周期表的结构展现了元素性质的某些周期性规律。周期表的一个横行称作一个周期，纵列则称作一个族。一般而言，在同一周期内，金属元素位于表的左端，非金属位于右端，具有相似化学性质的元素则位于同一族内。周期表中的六个族具有单独的别名，包括第17族（VII A 族）称卤素，第18族（0族）称惰性气体。此外，周期表中的四块基本为矩形的区域与原子轨道的排布情况密切相关。

可用元素周期表的排列方式推演元素之间性质的联系，也可用于预测新发现或合成的元素的性质与行为。最早的元素周期表由俄罗斯化学家德米特里·门捷列夫发布于1869年，主要用于展现当时已知的元素之间的周期性规律，但他也借此基本成功预测了当时尚未发现的、位于周期表空位中的元素的相当一部分性质。随着新元素的发现和化学性质预测的理论模型的健全，门捷列夫的思想也在不断得以完善。现代的元素周期表不仅为分析化学反应提供了有用的框架，也在其他化学领域乃至核物理学中得到广泛应用。

自原子序数为1的元素（氢）至原子序数为118的元素（鿫，Oganesson）均已被发现或成功合成，并填满了周期表的前七个周期。[1][2]自然界中天然存在的仅有前98种元素，且部分仅有痕量存在；其余的元素都是在实验室中合成的。[a]原子序数99号至118号的元素目前仅在实验室或反应堆中经合成得到过。[3]下一个合成的新元素将会开启第八周期，因此有大量工作都在往这方面努力。并有理论结果指出了可能的候选元素。此外，实验室中也合成了很多种天然元素的放射性同位素。

概述

每种化学元素都唯一对应一个原子序数（通常记作Z），这个值即是原子核内的质子数量。[b]对大多数元素而言，同种元素的原子可以包含不同数目的中子，可互称为同位素。例如，碳元素就有三种天然同位素，每种同位素原子都包含六个质子，而中子不同：绝大多数碳原子含有六个（碳-12），约1%含有七个（碳-13），极少数含有八个（碳-14）。元素周期表中对同位素不加区分。不少周期表会标出元素的原子量，对于没有稳定同位素的元素，标出的是半衰期最长的核素的相对原子质量，在这种情况下，原子量会带上括号。[4]

在标准的元素周期表中，元素按照原子序数递增的顺序排列。当一个新的电子壳层开始填入电子时，周期表就从下一行（下一个周期）继续开始排布。纵列（族）是由原子的电子构型决定的。对于同一族中的元素，原子的某一亚层中的电子数量总是相同的。例如，氧和硒位于同一族，而它们的原子最外层的p轨道中都填入了4个电子。同族元素通常具有相似的化学性质，而在周期表的f区与d区的一部分中，整个区域的元素都有相似的化学性质。因而，如果已知与某个元素相邻的其他元素的性质，这个元素的性质就不难猜测。[5]

截至2016年 (2016-Missing required parameter 1=month!)，元素周期表共有118种已确认存在的元素。其中原子序数为113、115、117、118的四种元素是最新发现的，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）于2015年12月确认了其成功合成，并于2016年6月公布了它们的英文名称（同年11月确定为官方名称），中国大陆于2017年5月公布了其中文名。其名称分别为鿭（简体写如“钅尔”，英文名Nihonium，符号Nh）、镆（英文名Moscovium，符号Mc）、鿬（写如“石田”，英文名Tennessine，符号Ts）、鿫（“气”字头下加“奥”，英文名Oganesson，符号Og）。[6][7][8][9]

前94号元素都天然存在，其他的24种元素则有赖与人工合成。在94种天然元素中，83种能够稳定存在，另外11种只出现在这83种元素的衰变过程中。[3]砹（85号元素）和比锿更重的元素（即99号以后的元素）尚未制备出宏观数量级的纯品，而钫（87号）仅在极微量的状态下，以光辐射的形式被观察到过（数量仅约为300000个原子）。[10]

元素分组方式

族

主条目：族 (化学)

周期表中的一个族指的是一个纵列（第八族除外）。一般而言，与同周期的元素相比，同族元素往往具有更相似的性质，但是另一些性质与原子序数的相关性更明显。量子力学解释称，同族元素的价层电子通常具有相同的排布方式，[11]因而一般具有一系列共同的化学性质，且又与原子序数的增加有着明确的相关性。[12]不过在周期表中的部分区域，如d区与f区，沿横向排列的元素彼此间性质也很相似，甚至比同族元素的相似性更强。[13][14][15]

依照国际上的命名惯例，周期表中的族序号自左向右由1至18依次递增。[16]此前常用的记法则是使用罗马数字，并加标“A”或“B”表示主族（s区、p区）或副族（d区、f区）。每一族所对应的罗马数字，正是现代使用的纯数字记法的个位数。例如，第4族被记作IV B族，而第14族则是IV A族。此前欧洲通用的也是“罗马数字+字母”这一体系，但不同的是，“A”用于表示前9列元素，“B”用于表示后9列元素。此外，第8、9、10族曾作为一整个跨三列的族（VIII族）而存在，但自1988年起，IUPAC已经放弃这种记法，并转而改用一列一号的标号方式。[17]

部分族除了数字序号以外尚有其别名，不过有的别名很不常用。第3-10这8个族没有别名，通常以族序号或族首元素指代。比如，第3族也可称作“钪族”。这些族没有别名的一个原因是同族元素间的相似性较弱（相对于有别名的族而言）。[16]

一般而言，同族元素自上而下，原子半径递增，电离能和电负性递减。原子半径的递增是因为被填充的电子壳层越来越多，而价层电子离核越来越远。电离能和电负性的下降亦是由于价电子与核的距离增加而导致的，因为离核越远的电子所受的束缚越弱。[18]不过这一规则存在例外，例如第11族（I B族）的底端，电负性就反而增大。[19]

元素周期表内的分类
IUPAC族号 1 2 [A] 3[A] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
门德列夫族号 (I–VIII) IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB IIIB IVB VB VIB VIIB [B]
CAS族号 (美, A-B-A) IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA
中国大陆惯用族号 IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA 0
旧IUPAC族号 (欧, A-B) IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIB IB IIB IIIB IVB VB VIB VIIB 0
惯用名（英语：Trivial name） 碱金属 碱土金属[C] 制币金属 Triels Tetrels Pnicto­gens[C] Chal­co­gens[C] 卤素[C] 惰性气体、钝气[C]
以元素命名[C] 锂族 铍族 钪族 钛族 钒族 铬族 锰族 铁族 钴族 镍族 铜族 锌族 硼族 碳族 氮族 氧族 氟族 氦或氖族
第1周期 h 氢 H[D] 氦 He
第2周期 锂 Li 铍 Be 硼 B 碳 C 氮 N 氧 O 氟 F 氖 Ne
第3周期 钠 Na 镁 Mg 铝 Al 硅 Si 磷 P 硫 S 氯 Cl 氩 Ar
第4周期 钾 K 钙 Ca 钪 Sc 钛 Ti 钒 V 铬 Cr 锰 Mn 铁 Fe 钴 Co 镍 Ni 铜 Cu 锌 Zn 镓 Ga 锗 Ge 砷 As 硒 Se 溴 Br 氪 Kr
第5周期 铷 Rb 锶 Sr 钇 Y 锆 Zr 铌 Nb 钼 Mo 锝 Tc 钌 Ru 铑 Rh 钯 Pd 银 Ag 镉 Cd 铟 In 锡 Sn 锑 Sb 碲 Te 碘 I 氙 Xe
第6周期 铯 Cs 钡 Ba 镧系 Ln 镥 Lu 铪 Hf 钽 Ta 钨 W 铼 Re 锇 Os 铱 Ir 铂 Pt 金 Au 汞 Hg 铊 Tl 铅 Pb 铋 Bi 钋 Po 砹 At 氡 Rn
第7周期 钫 Fr 镭 Ra 锕系 An 铹 Lr 𬬻 Rf 𬭊 Db 𬭳 Sg 𬭛 Bh 𬭶 Hs 鿏 Mt 𫟼 Ds 𬬭 Rg 鿔 Cn 鿭 Nh 𫓧 Fl 镆 Mc 𫟷 Lv 鿬 Ts 鿫 Og

  碱金属     碱土金属     过渡金属     贫金属     类金属     其他非金属     惰性气体

注：

  1. ^ 1.0 1.1 第3族包含钪 (Sc) 和钇 (Y)。该族其他的元素就使用周期表的不同，而分为以下的三种： (1) 镧（La）和锕（Ac）、(2) 镥（Lu）和铹（Lr）、(3) 整组镧系与锕系元素均列入第3族。2015年，IUPAC启动一计划，将第3族的定义标准化为(1) 钪钇镧锕或者(2) 钪钇镥铹。[i]
  2. ^ 门捷列夫最初的周期表刚创作之时，第18族（钝气族）尚未被发现。不久后（1902年），门捷列夫接受其存在的证据，并将其放入他周期表内新增的“第0族”，如此便不会打破周期表的规律。
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 IUPAC建议的族名。
  4. ^ 氢 (H)，虽然位于第1族，但其显现的化学性质和碱金属相差甚远，因此通常不被认为是碱金属。

参考：

  1. ^ The constitution of group 3 of the periodic table. IUPAC. 2015-12-18. 

周期

主条目：元素周期

周期表中的一个横行称作一个周期。尽管一般而言同族元素的相似性更强，但部分区域中同周期元素（即，沿水平方向）相似性和变化规律更显著。比如f区中的两行，镧系和锕系元素，就体现了“同周期内元素性质相似”的特点。[20]

同一周期内的元素随原子序数递增，也体现出原子半径、电离能、电子亲和能和电负性的变化趋势。自左向右，原子半径通常递减，因为质子数的增加使得核外电子所受的吸引力增强而更向核靠拢。[21]相应地，电离能和电负性随之增大，因为将电子从核外剥离需要消耗更多的能量。[18]在同一周期中，电子亲和能也展现出一点变化规律。一般而言，金属的电子亲和能低于同周期的非金属（惰性气体例外）。[22]

区

主条目：元素分区
自左向右依次为：s区（红色）、f区（绿色）、d区（蓝色）、p区（黄色）。

周期表中，依最后填充的电子亚层而划分的矩形块被称作区。每个区的名字就是最后被填充的亚层的符号[23][c]。s区由前两族（碱金属和碱土金属）外加氢和氦元素组成，p区则包含最后六个族，即13~18族（III A至0族）。所有的类金属都落在p区的范围内。d区包含第3至第12族（III B至II B），所有的过渡金属都位于此区域。f区通常被单独放在周期表的最下方，不冠以族序号。镧系和锕系位于这个区域。[24]

金属、类金属和非金属

* 浅黄色所示为金属 * 深黄色所示为类金属 * 蓝色所示为非金属 * 灰色所示元素分类未定另，视资料来源不同，部分元素的所属分类与此处所示可能存在差异。

根据理化特性的不同，周期表中的元素可被分为金属、类金属和非金属三类。金属通常是具光泽的固体，电导率与热导率较高。金属元素彼此易形成合金，与非金属元素之间则容易形成离子盐类化合物（惰性气体除外）。大部分非金属在通常状况下则是气体或有色固体，绝缘性较好。非金属元素彼此间常以共价键结合形成化合物。金属与非金属间则是类金属，具有介于二者之间的性质。[25]

金属与非金属可以进一步细分为多个子类。周期表中自左向右，这些子类的金属性依次减弱，而非金属性逐渐增强。金属从相当活泼的碱金属开始逐渐向右扩展，依次经过活性较弱的碱土金属、镧系与锕系元素、典型过渡金属，终止于物理化学活性都较弱的过渡族后金属（贫金属）。非金属自左向右则依次为多原子非金属、双原子非金属与单原子的惰性气体。多原子非金属靠近类金属区域，尚有残余的金属特性，双原子非金属则具有典型的非金属性，惰性气体更是几近完全惰性。过渡金属中还可细分出一些子类，如难熔金属和贵金属等，这些子类较为知名，[26]但在周期表中较少单独标出。[27]

不过，仅仅依据性质的相似性来对元素分类尚有缺陷。每一个子类中，元素彼此间的性质实际上都有一定的差异，处在两类边界上的元素性质又较为相似，分野不够明确。不过其它分类手段也会遇到类似的问题。[28]举例来说，铍元素被归类为碱土金属，但它具有贫金属的特点，往往以共价形式参与化合，且能形成两性氧化物。又例如，氡被归为惰性气体，但能形成正离子，这是金属元素的典型特性。除去理化性质以外，还有一些其它的分类标准，例如按宿主矿物分类（哥德施密特分类法（英语：Goldschmidt classification）），或按晶体结构分类。目前的分类方法最早可以上溯到1869年，当时希里斯（英语：Gustavus Detlef Hinrichs）[29]为了对这些元素加以区分，曾建议在金属、固态非金属、气态非金属的区域之间加注边界线。

周期表中的周期性与规律

主条目：元素周期律

核外电子排布

主条目：电子排布
核外电子层与亚层随原子序数增加而排布的大致次序。该次序依照能量递增的顺序，利用马德隆规则确定。
周期表中的性质变化趋势（沿箭头指示方向递增）

电中性原子的核外电子排布情况随原子序数的增长展现出一种不断复现的规律（即所谓“周期”）。核外电子可以占据不同的电子层（以数字标识），每个层又包含一系列亚层（以字母s、p、d、f、g等标识）。随原子序数递增，电子依照构造原理（马德隆规则，或称能量递增原理）逐步填入各电子层与亚层中，顺序如左图所示。以氖元素为例，其核外电子构型为1s2 2s2 2p6。其10个核外电子中，两个最先填入第1层，而剩余八个填入第二层。这其中，2个填入2s亚层，6个则填入2p亚层。在周期表中，一旦电子填入了一个此前从未填充过的新电子层，该元素就将作为一个新周期的起始元素而出现。目前这些元素包括氢和所有碱金属。[30][31]

由于元素性质基本由核外电子的排布情况决定，因而元素的性质也随原子序数增长而体现出某种周期性。典型的例子是原子半径、电离能和电子亲和能。实际上，元素周期律的提出和周期表的发明，就是基于对这些周期性规律的观察和整理，因为彼时尚未出现与此相关的理论解释。[30][31]

原子半径

主条目：原子半径
原子半径对原子序数作图。[d]

不同元素的原子半径可以利用周期表加以预测和解释。通常而言，沿周期方向，自左向右，原子半径依次递减，而沿着族的方向，自上而下，原子半径通常增大。从一个周期的惰性气体到下一周期的碱金属，原子半径会突然增大。这些变化与其它的理化性质变化趋势一样，都可以用电子壳层填充理论解释。它们也为量子力学理论提供了重要的支持。[32]

在镧系中，4f亚层自左向右逐步得到填充，但它们对于同步增加的核电荷的屏蔽效果不良。因此，原子核对于镧系元素外层电子的吸引力较强，导致镧系元素的原子半径偏小，这就是所谓的镧系收缩。受此影响，镧系后方的元素也有较小的原子半径。[33]因此，铪的原子半径基本和锆相同，钽与铌的半径也相近，其后的元素依此类推。镧系收缩的影响一直波及到铂元素，此后才被相对论性的惰性电子对效应所掩盖。[34]另外，和镧系收缩类似地，d区元素也存在着收缩效应，只不过强度更弱，它是d亚层电子对外侧的p电子屏蔽不完全导致的。[33]

电离能

图示为电离能的变化趋势：每个周期自左向右，电离能逐渐增大。碱金属最小，惰性气体最大。
主条目：电离能

所谓的第一电离能是指从原子中移走一个电子所需要的能量，第二电离能是在此基础上移走第二个电子所需的能量，依此类推。对于同一个原子，各级电离能随着离子化程度的增加而增大，例如镁的第一电离能是738 kJ/mol，第二电离能为1450 kJ/mol。粗略地讲，这是因为越靠内的电子受到的静电吸引作用越强，移走它所需要的能量因此也越大。一般地，越靠近周期表右端，电离能也相应地越大。[34]

当一个离子已经达到惰性气体电子排布时，移走下一个电子的电离能将突然上升。仍以镁元素为例，移走两个3s电子后，镁离子已经具有氖的电子排布，在此基础上移走下一个2p电子相当困难，因而第三电离能将明显高于前两级电离能，高达7730 kJ/mol。第三周期的其它元素中也可见这种现象。[34]

电负性

主条目：电负性
图示同族元素电负性随原子序数增大而减小的趋势。每条折线对应一个特定的族。

一个原子吸引共用电子对的能力称作电负性[35]。原子的电负性与该原子的原子序数有关，同时也受价电子与核距离的影响。电负性越大，原子吸引电子（对）的能力越强。这个指标是莱纳斯·鲍林于1932年提出的。[36]一般来说，在元素周期表中，自左向右，电负性依次递增；自上而下，电负性依次递减。因而，在电负性已知的元素中，靠近右上角的氟元素电负性最高，左下角的铯元素电负性最低[19][e]。

需要注意的是，上述规则有几个例外。受d区收缩的影响（参见“原子半径”一节），镓和锗的电负性分别高于它们上方的铝和硅。第四周期过渡金属的前几个元素电负性上升得比较快，这是由3d电子对核电荷的屏蔽不完全，导致这几个元素的原子半径较小而引发的。[19]有些版本的周期表中铅的电负性比铊和铋都高，这可能是由数据错误引起的。[37]

电子亲和能

主条目：电子亲合能
电子亲和能随原子序数的变化趋势。[38]一般而言，同一周期中，直到卤族元素以前，电子亲和能都呈增加趋势，到惰性气体时又急速下降。第1族（I A族）、第11族元素（I B族）处的局部极大值是由于s亚层将要填满而产生的（金元素的6s亚层尤甚：完全填满的4f亚层对其有进一步的稳定作用）。 碱土金属、氮、磷、锰、铼等处的极小值则受相反的原因影响：这些元素的s亚层（或p亚层/d亚层）已经处于全充满或半满状态，体系对新电子的吸引能力减弱。[39]

原子的电子亲和能是指向电中性的原子上加入一个电子，使之形成阴离子时释放的能量。不同元素电子亲和能的变化范围较大，不过其中仍有迹可循。一般而言，非金属的电子亲和能高于金属元素，其中氯元素的电子亲和能最大。关于惰性气体的电子亲和能尚无定论，因此其电子亲和能可能是负的（尽管绝对值很小），也可能不是。[40]

大体上讲，沿同一周期自左向右，电子亲和能逐渐上升。由于越靠右端，原子的电子壳层填充得越完全，因而向其中加入一个电子后，阴离子的结构越接近稳定的闭壳层，电子亲和能也相应地越高。[40]

沿同一族自上而下，电子亲和能大体是逐渐下降的，因为新加入的电子离原子核越来越远，受到的吸引越来越弱，因而释放的能量也越来越少。不过实际上约三分之一的元素不符合这个规律，即其电子亲和能高于上方紧邻的元素。完全符合这个规律的只有第1族（I A族）。这些例外多数情况下和d及f亚层的屏蔽效果不完全有关。[41]

金属性

电离能，电负性和电子亲和力值越低，元素的金属性越强，非金属性越弱。[42]鉴于这三种性质的周期性，金属性往往会在一周期（行）中由左至右递减（很多例外是由d和f亚层上的电子对原子核的不良屏蔽效果或者相对论效应导致）[43]，并且通常在一族（列）中由上至下递增。因此，大多数金属元素（如铯和钫）位于传统元素周期表的左下角，非金属元素（如氧，氟，氯）则位于右上角。金属性在元素周期表中的水平和垂直趋势组合解释了在一些周期表中发现的金属和非金属之间的阶梯形分界线，以及有时将与该线相邻的几个元素和与这些元素相邻的元素分类为类金属的做法。[44][45]

桥接元素族的特点

氢（非金属） 氦（惰性气体）
锂（碱金属） 铍（碱土金属） 硼（类金属） 碳（非金属） 氮（非金属） 氧（非金属） 氟（卤素） 氖（惰性气体）
钠（碱金属） 镁（碱土金属） 铝（贫金属） 硅（类金属） 磷（非金属） 硫（非金属） 氯（卤素） 氩（惰性气体）
钾（碱金属） 钙（碱土金属） 钪（过渡金属） 钛（过渡金属） 钒（过渡金属） 铬（过渡金属） 锰（过渡金属） 铁（过渡金属） 钴（过渡金属） 镍（过渡金属） 铜（过渡金属） 锌（过渡金属） 镓（贫金属） 锗（类金属） 砷（类金属） 硒（非金属） 溴（卤素） 氪（惰性气体）
铷（碱金属） 锶（碱土金属） 钇（过渡金属） 锆（过渡金属） 铌（过渡金属） 钼（过渡金属） 锝（过渡金属） 钌（过渡金属） 铑（过渡金属） 钯（过渡金属） 银（过渡金属） 镉（过渡金属） 铟（贫金属） 锡（贫金属） 锑（类金属） 碲（类金属） 碘（卤素） 氙（惰性气体）
铯（碱金属） 钡（碱土金属） 镧（镧系元素） 铈（镧系元素） 镨（镧系元素） 钕（镧系元素） 钷（镧系元素） 钐（镧系元素） 铕（镧系元素） 钆（镧系元素） 铽（镧系元素） 镝（镧系元素） 钬（镧系元素） 铒（镧系元素） 铥（镧系元素） 镱（镧系元素） 镥（镧系元素） 铪（过渡金属） 钽（过渡金属） 钨（过渡金属） 铼（过渡金属） 锇（过渡金属） 铱（过渡金属） 铂（过渡金属） 金（过渡金属） 汞（过渡金属） 铊（贫金属） 铅（贫金属） 铋（贫金属） 钋（贫金属） 砹（类金属） 氡（惰性气体）
钫（碱金属） 镭（碱土金属） 锕（锕系元素） 钍（锕系元素） 镤（锕系元素） 铀（锕系元素） 镎（锕系元素） 钚（锕系元素） 镅（锕系元素） 锔（锕系元素） 锫（锕系元素） 锎（锕系元素） 锿（锕系元素） 镄（锕系元素） 钔（锕系元素） 锘（锕系元素） 铹（锕系元素） 𬬻（过渡金属） 𬭊（过渡金属） 𬭳（过渡金属） 𬭛（过渡金属） 𬭶（过渡金属） 鿏（预测为过渡金属） 𫟼（预测为过渡金属） 𬬭（预测为过渡金属） 鿔（过渡金属） 鿭（预测为贫金属） 𫓧（贫金属） 镆（预测为贫金属） 𫟷（预测为贫金属） 鿬（预测为卤素） 鿫（预测为惰性气体）
元素周期表从左到右的黑框表示出出了第3族、镏和铹、第11-12族以及惰性气体

桥接元素位于区与区之间。[46] 这些族的元素，比如非金属，具有介于临近族元素的性质。从化学性质上看，第3族元素、钪、钇、镧、锕都表现出了类似碱土金属[47]也即s区金属[48][49]的性质 ，但同时也具有d区过渡金属的物理性质。[50] 位于f区末尾的镏和铹可能组成了另外的桥接元素。镏在化学性质上的表现接近于镧但在物理性质上综合了镧与过渡金属。[51][52] 作为镏类似物的铹也可能会有类似的表现。[n 1] 第11族里的造币金属（铜、银和金）在化学性质上的表现能等同于过渡金属或主族金属。[55] 第12族里的不定性金属，如锌、钙、汞等有时被看作是d区到p区元素的桥接，它们表面上是d区元素，但几乎不具有过渡金属性质，而是更接近于相邻第13族的p区元素。[56][57] 第18族的惰性惰性气体桥接着最具反应性的第17族卤素元素与第1族的强碱金属。[46]

历史

主条目：元素周期表历史（英语：History of the periodic table）

元素系统化的早期尝试

化学元素发现年表列出了每个元素在周期表哪个重大发展时期（之前，之中或之后）被发现

1789年，安托万-洛朗·德·拉瓦锡发表了一个含33个化学元素的元素列表，并将它们分为气体元素、金属元素、非金属元素和土元素（英语：earths）。[58]在接下来的一个世纪，化学家们一直在寻找一个更准确的分类体系。1829年，约翰·沃尔夫冈·德贝莱纳发现很多元素都可以根据他们的化学性质每三个分成一组。比如锂、钠、钾三种元素就可以同时作为软金属和活泼金属被分为一组。他还发现，若每组按原子量排序，第二个元素的原子量约等于第一个和第三个元素原子量之和的一半，这也被称为德贝莱纳三元素组定律（英语：Döbereiner's triads）。[59]德国化学家利奥波德·格梅林对这个理论进行了研究，并在1843年证实了10个三元素组、3个四元素组和1个五元素组的存在。让-巴蒂斯特·杜马在1857年发表文章，描述了不同族金属之间的关系。尽管很多化学家都发现了元素组与组之间的关系，但他们都还没有建立一个能涵盖所有元素的完整体系。

1857年，德国化学家弗里德里希·奥古斯特·凯库勒·冯·斯特拉多尼茨发现每个碳原子通常连接四个原子，比如甲烷的结构为一个碳原子连着周围的四个氢原子。[60]这个概念即是现在所称的化合价：每个原子都与特定数目的原子相连。[61]

1862年，法国地质学家贝吉耶·德·尚古尔多阿（英语：Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois）发表论文，论文中他称之为“地球物质螺旋”的图表正是早期形式的元素周期表，他也因此成为第一个注意到元素周期性的人。他将元素按原子量螺旋排列在圆柱上，并发现性质相似的元素会周期性出现。他的图表中除了化学元素，还包含了一些离子和化合物。由于他的论文中用了很多地质学术语而不是化学术语，且发表时没有附带图解，所以这篇论文直到门捷列夫的研究之后才得到关注。[62]

1864年，德国化学家尤利乌斯·洛塔尔·迈耶尔发表了一个按化合价排列的元素表，共包含44个元素。这个表显示了有相似化学性质的元素化合价通常相同。[63]与此同时，英国化学家威廉·奥德林（英语：William Odling）发表了一个按原子量排序的元素排列，包含57个元素。 他发现了元素在原子量上的周期性和他们通常的分组方式相符。[64]奥德林提出了一个周期律的想法，但并没有继续研究它。[65]随后，他在1870年提出按化合价分类元素。[66]

1866年提交给化学学会的约翰·纽兰兹周期表，按照八度音的规律绘制。

英国化学家约翰·纽兰兹在1863至1866年发表了一系列论文指出，当元素按照原子量排序时，拥有相似物理性质和化学性质的元素每隔七个元素出现一次。他把这个性质和音乐中的八度联系起来。 [67][68] 这个所谓的八音律（英语：Law of Octaves）遭到了很多科学界同行的嘲讽，皇家化学会也拒绝发表他的论文。[69]尽管如此，纽兰兹还是画了一个元素表，并用它来预测尚未发现的的元素，如锗。[70]皇家化学会在五年后认可门捷列夫的发现时才承认他的重要发现。[71]

1867年，出生于丹麦的美籍化学家Gustavus Hinrichs（英语：Gustavus Detlef Hinrichs）提出了一个基于原子光谱、原子量和化学性质的螺旋周期体系。但当时的人们认为他的研究古怪、复杂、虚有其表，并没有接受和承认这个理论。[72][73]

门捷列夫的初版元素周期表

伊利亚·叶菲莫维奇·列宾绘制的水彩《德米特里·门捷列夫》
门捷列夫所著《An Attempt Towards a Chemical Conception of the Ether》书中的元素周期表
门捷列夫于1869年发表的元素周期表的一个版本：一个基于原子量和化学性质系统化元素的实验。这个早期周期表的纵向为周期，横向为族。

俄国化学家德米特里·门捷列夫和德国化学家尤利乌斯·洛塔尔·迈耶尔分别于1869年和1870年独立出版了他们的元素周期表[74] 。门捷列夫的元素周期表是首次出版；而迈耶尔的是再版，是对1864年第一版的扩充。[75]他们都在周期表中将元素按原子量横向或纵向排列，并在元素的化学性质开始出现重复时另起一行（列）。[76]

门捷列夫的周期表逐渐获得广泛承认和接受源于他作出的两个决定。第一个是在表中为未知元素留下空位[77]（门捷列夫并不是第一个这样做的化学家，但是他被认为是第一个用周期性预测未知元素的），比如镓和锗[78]，并且这些元素都在随后陆续被发现；第二个决定是偶尔忽略原子量的顺序并交换邻近的元素以更好符合它们所在族的性质，比如碲和碘。

门捷列夫在1869年发表元素周期表时，原子量的测量已经足够精准，这使门捷列夫可以准确预测未知元素的性质。

在1911年卢瑟福发现原子核后，科学家发现元素的整数核电荷数与其在周期表的排名相同。1913年，亨利·莫塞莱在X射线光谱实验中证实了这一发现。莫塞莱确定了每个元素的核电荷数，并表明门捷列夫实质上是按核电荷数排序元素的。[79]核电荷数同质子数相同，并决定了每个元素的原子序数（Z），而原子序数可以确定一个基于整数的元素排序。莫塞莱在1913年预言，在铝（Z=13）和金（Z=79）间的未知元素的原子序数为43、61、72和75（这些元素之后都被发现）。原子序数成为了化学元素的绝对定义，并给元素周期表的排序提供了事实基础。元素周期表被用于在研究和生产之前预测新合成元素的性质。[80]

门捷列夫的再版与其后的发展

Mendeleev's 1871 periodic table with eight groups of elements. Dashes represented elements unknown in 1871.
Eight-column form of periodic table, updated with all elements discovered to 2016

1871年，门捷列夫出版了新格式的元素周期表。新格式的周期表把性质相似的元素排在同一纵列当中，以此取代了此前按行排列的方式，并且按照常见氧化态将几组元素纵列标记了I到VIII的编号。对于几种他此前认为理应存在但尚未发现的元素，门捷列夫也详细地给出了他预测的元素性质。[81]随着科学家发现了更多自然存在的元素，周期表中的空白也逐渐被填补。[82]例如元素钫（之前被门捷列夫称为铯下元素，eka-caesium）于1939年被法国科学家玛格丽特·佩里发现，也是最后一个在自然界中发现的元素；[83]元素钚于1940年合成生产，于1971年被证实微量存在于自然环境中。[84]

现时流行的[85]周期表布局，也称为通用或标准形式（如本文中多处所示），是由霍勒斯·戴明(Horace Groves Deming)确定的。1923年，美国化学家戴明发表了短版本（门捷列夫式）和中等版本（18列）形式的周期表[86][n 2]。1928年，Merck和Company发布了戴明的中等版本的18列周期表的讲义版，此版在美国的学校广为流传。 到了1930年，戴明的周期表已经出现在化学手册和百科全书中。多年来，Sargent-Welch Scientific Company也发行此版本。[87][88][89]

随着现代量子力学对原子内电子排序理论的发展，便能推论出表中每个周期（行）实际对应着电子层的电子填充。较大的原子有更多的电子亚层，因此后来的周期表需要更长的族表示元素[90]。

1945年，格伦·西奥多·西博格提出新的元素周期表，以表示锕系元素对应着第二个f区壳层

1945年，美国科学家格伦·西奥多·西博格提出有关于锕系元素的理论，就如镧系元素一样地填充著f亚电子层。在这个构想之先，锕系元素被认为是对应填充第四行的d区壳层。西博格的同僚建议他不要发表这个颇为激进的理论，这或会毁掉他的事业生涯。西博格考虑到自己并没有什么事业生涯会遭受损害后，便发表了理论。这个理论后来被证实是正确的，他本人亦于1951年赢得诺贝尔化学奖，以表彰他对锕系元素合成的贡献[91][92][n 3]。

尽管少量的超铀元素会自然产生，[3] 但是这类元素一开始是在实验室中发现的。它们的产生极大地拓宽了周期表的范围，1939年人类成功合成了第一个超铀元素：镎。[93] 由于许多超铀元素非常不稳定且很快衰变，所以即使合成成功，探测和描述其性质就成了很大的挑战。对某些发现新元素的声明存在争议（英语：List of chemical elements naming controversies），因此需要独立审查。（首先发现某元素的一方拥有命名权。）[94] 2010年，在莫斯科州的杜布纳，一个美俄联合科学团队声称已经合成了六个Ts（Tennessine, 117号元素）原子，这是最近的发表声明的发现。鿬（117号元素）和鿭（113号元素）、镆（115号元素）以及鿫（118号元素），都是最近命名的四个元素，2016年11月28日，这四个元素都得到了官方承认。[95]

其他种类的元素周期表

长式周期表（32列周期表）

现代周期表有时会将f区元素恢复到其自然位置（在s和d区元素之间），拓展为长式周期表（32列周期表）。与18列周期表不同的是，这样的排列使得“在递增的原子序列中没有间断”。[96]在周期表中f区元素和其他区元素的关系也会更加容易看出。[97] 由于担心镧系和锕系可能会被认定为是可以被疏离、忽略的，不重要的元素，詹森（英语：William B. Jensen）提倡32列周期表。[98] 尽管有这些优点，长式周期表仍因其过高的长宽比[99] 及化学家对（由西博格引入的）现有形式更熟悉[100]未被广泛使用。

其它结构的周期表

主条目：其它结构的周期表（英语：Alternative periodic tables）

在1869年门捷列夫的周期表出现后的100年内，估计约有700种不同版本的周期表被出版。[101] 其中除了数种矩形的周期表外，也包含了不少种其他形状结构的周期表。[n 4]如圆形、立方体、圆柱、建筑物、螺旋形、双扭线[102]、八角柱、金字塔锥形、球形、或三角形。这些替代版本的周期表常是为了彰显或强调各种元素在传统的元素周期表中不明显的化学或物理性质而打造的。[101]

Theodor Benfey's spiral periodic table

西奥多·本菲（英语：Theodor Benfey）在1960年制作的元素周期表是一个受欢迎的替代版本。[103]表中的元素被安排成连续的螺旋状，氢元素位于中央，而过渡元素、镧系及锕系元素则位于图中突出的“半岛”部分。[104]

多数元素周期表皆为二维的，[3]而三维的元素周期表最早可追溯至1862年（较门捷列夫的二维周期表的1869年为早）。较晚出现的三维周期表包含库尔蒂纳的周期表分类(Courtines' Periodic Classification)（1925年）、[105] Wringley分层系统(Wringley's Lamina System) （1949年）、[106] 吉格尔（英语：Paul-Antoine Giguère）的螺旋型周期表(Periodic helix)（1965年）、[107]及杜福尔树状周期表(Dufour's Periodic Tree )（1996年）。[108]甚至有人曾建立出“四维”的周期表，如斯托（Stowe）的“物理学家的周期表”(Physicist's Periodic Table）（1989年）[109]就是一个例子，包含三个空间维度和一个色彩维度。[110]

The various forms of periodic tables can be thought of as lying on a chemistry–physics continuum.[111] Towards the chemistry end of the continuum can be found, as an example, Rayner-Canham's "unruly"[112] Inorganic Chemist's Periodic Table (2002),[113] which emphasizes trends and patterns, and unusual chemical relationships and properties. Near the physics end of the continuum is Janet（英语：Charles Janet）'s Left-Step Periodic Table (1928). This has a structure that shows a closer connection to the order of electron-shell filling and, by association, 量子力学.[114] A somewhat similar approach has been taken by Alper,[115] albeit criticized by Eric Scerri（英语：Eric Scerri） as disregarding the need to display chemical and physical periodicity.[116] Somewhere in the middle of the continuum is the ubiquitous common or standard form of periodic table. This is regarded as better expressing empirical trends in physical state, electrical and thermal conductivity, and oxidation numbers, and other properties easily inferred from traditional techniques of the chemical laboratory.[117] Its popularity is thought to be a result of this layout having a good balance of features in terms of ease of construction and size, and its depiction of atomic order and periodic trends.[65][118]

左阶元素周期表（夏尔·雅内版）
f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6 s1 s2
1s   H He
2s   Li Be
2p 3s   B C N O F Ne Na Mg
3p 4s   Al Si P S Cl Ar K Ca
3d 4p 5s   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr
4d 5p 6s   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba
4f 5d 6p 7s La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra
5f 6d 7p 8s Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og Uue Ubn
f区 d区 p区 s区
这种形式的周期表与理想状况下电子按构造原理填充的顺序更为相符，如表中左侧所示。实际的电子填充顺序中有多处不规律。


争议与待解决的问题

氢与氦的位置

如果单是按照氢和氦两者的电子排布来看，氢（电子排布为 1s1）和氦 （1s2）应分别置于锂（1s22s1）和铍（1s22s2）两者之上 [23]。相对于氢会较常使用这种排列方式，氦的位置却甚少以此方式排列。原因可以追溯至一九〇〇年代：当惰性气体（当时称为“惰性气体”）被首次发现时它们被称为“第0族”，反映出当时并无发现这一族元素有任何化学反应。氦之所以会置于该族之上，是因为它确实具有此族元素的极端化学惰性。后来当这一族元素更名为“第18族”元素后，许多authors仍照旧把氦置于氖的上方，其中包括国际纯化学和应用化学联合会的周期表。[119]

氢的化学性质与第1族的碱金属并不相似。因此有时会把氢置于其他位置，通常也会把其置于第17族之上[116] given hydrogen's strictly univalent and largely non-metallic chemistry, and the strictly univalent and non-metallic chemistry of fluorine (the element otherwise at the top of group 17). Sometimes, to show hydrogen has properties corresponding to both those of the alkali metals and the halogens, it is shown at the top of the two columns simultaneously.[120] Another suggestion is above carbon in group 14: placed that way, it fits well into the trends of increasing ionization potential values and electron affinity values, and is not too far from the electronegativity trend, even though hydrogen cannot show the tetravalence（英语：tetravalence） characteristic of the heavier group 14 elements.[121] Finally, hydrogen is sometimes placed separately from any group; this is based on how general properties of hydrogen differ from that of any group. The other period 1 element, helium, is sometimes placed separately from any group as well.[122] The property that distinguishes helium from the rest of the noble gases (even though the extraordinary inertness of helium is extremely close to that of neon and argon)[123] is that in its closed electron shell, helium has only two electrons in the outermost electron orbital, while the rest of the noble gases have eight.

关于IIIB族与第6、7周期上元素的问题

尽管钪和钇一直都是第三族元素的前两个，接下来的所属两个元素仍有待商榷。一般认为它们是镧和锕，但有时是镥和铹。这两个说法源于历史上将镧系元素放置在周期表中的困难，以及关于f区元素开始和结束位置的争议。[124][n 5][n 6] 有人声称这样的争议证明，“将周期系统分拆为明确划分的区块是错误的”。[126] 第三种变体显示钇下面的两个位置被镧系元素和锕系元素占据。

已经有化学和物理论据提出来支持镥和铹要置于这两个位置，[127][128]但大多数元素周期表制作者都对此不置信。[129] 大部分活跃的化学家都不知道有此争议。[130] 2015年12月，国际纯化学和应用化学联合会成立了一项项目，就此事提出建议。[131]

镧与锕


镧和锕在钇下面

镧和锕通常被描述为剩余的3族成员。[132][n 7]有人提出这种布局随着依赖于元素的电子构型和区分电子的概念的周期表的出现而起源于20世纪40年代。 铯、钡和镧的构型是[Xe]6s1、[Xe]6s2和[Xe]5d16s2。因此，镧具有5d分化电子，这使其“在第3组中作为第6周期的d区的第一个成员”。[133] 然后在第3组中可以看到一组一致的电子构型： 钪 [Ar]3d14s2、钇 [Kr]4d15s2和镧[Xe]5d16s2。还是在第六周期中，镱 was assigned an electron configuration of [Xe]4f135d16s2 and 镥 [Xe]4f145d16s2, "resulting in a 4f differentiating electron for lutetium and firmly establishing it as the last member of the f-block for period 6".[133] Later spectroscopic（英语：electron spectroscopy） work found that the electron configuration of ytterbium was in fact [Xe]4f146s2. This meant that ytterbium and lutetium—the latter with [Xe]4f145d16s2—both had 14 f-electrons, "resulting in a d- rather than an f- differentiating electron" for lutetium and making it an "equally valid candidate" with [Xe]5d16s2 lanthanum, for the group 3 periodic table position below yttrium.[133] Lanthanum has the advantage of incumbency since the 5d1 electron appears for the first time in its structure whereas it appears for the third time in lutetium, having also made a brief second appearance in gadolinium.[134]

In terms of chemical behaviour,[135] and trends going down group 3 for properties such as melting point, electronegativity and ionic radius,[136][137] scandium, yttrium, lanthanum and actinium are similar to their group 1–2 counterparts. In this variant, the number of f electrons in the most common (trivalent) ions of the f-block elements consistently matches their position in the f-block.[138] For example, the f-electron counts for the trivalent ions of the first three f-block elements are Ce 1, Pr 2 and Nd 3.[139]

镥与铹


镥和铹在钇下面

在其他表格中，镥与铹是剩余的3族成员。[n 8] Early techniques for chemically separating scandium, yttrium and lutetium relied on the fact that these elements occurred together in the so-called "yttrium group" whereas La and Ac occurred together in the "cerium group".[133] Accordingly, lutetium rather than lanthanum was assigned to group 3 by some chemists in the 1920s and 30s.[n 9] Several physicists in the 1950s and '60s favoured lutetium, in light of a comparison of several of its physical properties with those of lanthanum.[133] This arrangement, in which lanthanum is the first member of the f-block, is disputed by some authors since lanthanum lacks any f-electrons. It has been argued that this is not valid concern given other periodic table anomalies—thorium, for example, has no f-electrons yet is part of the f-block.[140] As for lawrencium, its gas phase atomic electron configuration was confirmed in 2015 as [Rn]5f147s27p1. Such a configuration represents another periodic table anomaly, regardless of whether lawrencium is located in the f-block or the d-block, as the only potentially applicable p-block position has been reserved for nihonium with its predicted configuration of [Rn]5f146d107s27p1.[141][n 10]

Chemically, scandium, yttrium and lutetium (and presumably lawrencium) behave like trivalent versions of the group 1–2 metals.[143] On the other hand, trends going down the group for properties such as melting point, electronegativity and ionic radius, are similar to those found among their group 4–8 counterparts.[133] In this variant, the number of f electrons in the gaseous forms of the f-block atoms usually matches their position in the f-block. For example, the f-electron counts for the first five f-block elements are La 0, Ce 1, Pr 3, Nd 4 and Pm 5.[133]

镧系与锕系


在钇下面的标记

一些作者将所有三十个镧系元素和锕系元素放在钇下面的两个位置（通常通过脚注标记）。这种变体强调了15种镧系元素（La-Lu）的化学性质的相似性，使得关于哪些元素占据钇下面的两个第3族位置模糊，并以15列宽f区块（ f区任意一行中只能有14个元素）为代价。[n 11]

过渡元素

按照IUPAC的定义，过渡金属（即过渡元素）是指其原子或阳离子含未充满的d亚层的元素。 [144] 此定义下，第3~11族的元素是过渡金属，而第12族的锌、镉、汞和鿔不是。

部分化学家认为“d区元素”和“过渡金属”是同义词。按此定义，过渡金属包括3~12列的所有元素。这时12族的元素就成了过渡金属中的特例——他们的d电子通常并不参与成键。 2007年，有报告称在四氟化汞 （HgF4）中，汞使用其d电子成键，部分人因而认为汞可被视为过渡元素。 [145] 也有人，如詹森，认为想HgF4这样的化合物只能在极端条件下存在——实际上其存在性尚有争议——因此汞在通常状况下不能被合理地视为过渡元素。. [146]

还有部分化学家将3族元素从过渡金属的定义中排除出去。 其理由是3族元素所形成的阳离子的d亚层是全空的（而典型的过渡金属则是部分填充的），因此3族元素没有表现出过渡金属特有的化学性质。 [147] 此时只有4~11族被视为过渡金属。尽管3族元素的化学性质与典型的过渡金属不尽相同，他们的物理性质却较相似。（因其每个原子上有且仅有1个d电子） [50]

化学性质未知的元素

鿫（118号，含）之前的元素均已发现，然而目前为止，在𬭶 （108号）之后，我们对除鿔（112号），鿭 （113号）和𫓧（114号）外的7个元素的化学性质一无所知，而鿔是唯一对其足够了解，可以进行归类的元素。其他元素可能因相对论效应而表现出与目前的预测（用外推法得到）不同的性质。例如，尽管𫓧位于碳族，它被预测拥有与稀有其他类似的性质。[148] 目前的观测尚不能确定𫓧的性质更接近金属还是惰性气体。[149]

周期表的后续扩展

主条目：扩展元素周期表
氢（非金属） 氦（惰性气体）
锂（碱金属） 铍（碱土金属） 硼（类金属） 碳（非金属） 氮（非金属） 氧（非金属） 氟（卤素） 氖（惰性气体）
钠（碱金属） 镁（碱土金属） 铝（贫金属） 硅（类金属） 磷（非金属） 硫（非金属） 氯（卤素） 氩（惰性气体）
钾（碱金属） 钙（碱土金属） 钪（过渡金属） 钛（过渡金属） 钒（过渡金属） 铬（过渡金属） 锰（过渡金属） 铁（过渡金属） 钴（过渡金属） 镍（过渡金属） 铜（过渡金属） 锌（过渡金属） 镓（贫金属） 锗（类金属） 砷（类金属） 硒（非金属） 溴（卤素） 氪（惰性气体）
铷（碱金属） 锶（碱土金属） 钇（过渡金属） 锆（过渡金属） 铌（过渡金属） 钼（过渡金属） 锝（过渡金属） 钌（过渡金属） 铑（过渡金属） 钯（过渡金属） 银（过渡金属） 镉（过渡金属） 铟（贫金属） 锡（贫金属） 锑（类金属） 碲（类金属） 碘（卤素） 氙（惰性气体）
铯（碱金属） 钡（碱土金属） 镧（镧系元素） 铈（镧系元素） 镨（镧系元素） 钕（镧系元素） 钷（镧系元素） 钐（镧系元素） 铕（镧系元素） 钆（镧系元素） 铽（镧系元素） 镝（镧系元素） 钬（镧系元素） 铒（镧系元素） 铥（镧系元素） 镱（镧系元素） 镥（镧系元素） 铪（过渡金属） 钽（过渡金属） 钨（过渡金属） 铼（过渡金属） 锇（过渡金属） 铱（过渡金属） 铂（过渡金属） 金（过渡金属） 汞（过渡金属） 铊（贫金属） 铅（贫金属） 铋（贫金属） 钋（贫金属） 砹（类金属） 氡（惰性气体）
钫（碱金属） 镭（碱土金属） 锕（锕系元素） 钍（锕系元素） 镤（锕系元素） 铀（锕系元素） 镎（锕系元素） 钚（锕系元素） 镅（锕系元素） 锔（锕系元素） 锫（锕系元素） 锎（锕系元素） 锿（锕系元素） 镄（锕系元素） 钔（锕系元素） 锘（锕系元素） 铹（锕系元素） 𬬻（过渡金属） 𬭊（过渡金属） 𬭳（过渡金属） 𬭛（过渡金属） 𬭶（过渡金属） 鿏（预测为过渡金属） 𫟼（预测为过渡金属） 𬬭（预测为过渡金属） 鿔（过渡金属） 鿭（预测为贫金属） 𫓧（贫金属） 镆（预测为贫金属） 𫟷（预测为贫金属） 鿬（预测为卤素） 鿫（预测为惰性气体）
Uue（预测为碱金属） Ubn（预测为碱土金属）
143 Uqt（化学性质未知） 144 Uqq（化学性质未知） 145 Uqp（化学性质未知） 146 Uqh（化学性质未知） 147 Uqs（化学性质未知） 148 Uqo（化学性质未知） 149 Uqe（化学性质未知） 150 Upn（化学性质未知） 151 Upu（化学性质未知） 152 Upb（化学性质未知） 153 Upt（化学性质未知） 154 Upq（化学性质未知） 155 Upp（化学性质未知） 156 Uph（化学性质未知） 157 Ups（化学性质未知） 158 Upo（化学性质未知） 159 Upe（化学性质未知） 160 Uhn（化学性质未知） 161 Uhu（化学性质未知） 162 Uhb（化学性质未知） 163 Uht（化学性质未知） 164 Uhq（化学性质未知） 165 Uhp（化学性质未知） 166 Uhh（化学性质未知） 167 Uhs（化学性质未知） 168 Uho（化学性质未知） 169 Uhe（化学性质未知） 170 Usn（化学性质未知） 171 Usu（化学性质未知） 172 Usb（化学性质未知）
121 Ubu（化学性质未知） 122 Ubb（化学性质未知） 123 Ubt（化学性质未知） 124 Ubq（化学性质未知） 125 Ubp（化学性质未知） 126 Ubh（化学性质未知） 127 Ubs（化学性质未知） 128 Ubo（化学性质未知） 129 Ube（化学性质未知） 130 Utn（化学性质未知） 131 Utu（化学性质未知） 132 Utb（化学性质未知） 133 Utt（化学性质未知） 134 Utq（化学性质未知） 135 Utp（化学性质未知） 136 Uth（化学性质未知） 137 Uts（化学性质未知） 138 Uto（化学性质未知） 139 Ute（化学性质未知） 140 Uqn（化学性质未知） 141 Uqu（化学性质未知） 142 Uqb（化学性质未知）
※注：119号及以后的元素并无公认的排位，上表
之排位是从理论计算的电子排布推论而得的一种
Periodic table with eight rows, extended to element 172

[150]

目前并不确定第八周期的元素是否会延续现有的周期律。 西博格预计第八周期的元素会按现有规律， 119号和120号两个元素填充s区，接下来的18个元素填充g区，后面的30个元素填充现有的f区、d区的p区，结束于下一个惰性气体，168号。 [151] 后来，物理学家Pekka Pyykkö（英语：Pekka Pyykkö）等人建立了新理论，认为后面的元素不再满足构造原理。 现在对172号内的元素的电子排布有若干种彼此竞争的理论。 然而所有这些理论都预测下一个惰性气体元素并不是168号，而是172号，尽管这还只是推测，目前还没有对123号后的元素的详尽计算。 [152]

原子序数最大的元素

尚不确定所有可能的元素的总数。 早在1911年，亚当斯(Elliot Adams)就基于每个周期中元素的排布给出了他的估计：原子质量在256以上（约相当于原子序数99~100）的元素无法存在。 [153] 后来有了更高的推测：元素周期表可能在稳定岛后不久结束。 [154] 所谓稳定岛是指以126号元素Ubh为中心的、被质子滴线和中子滴线所限制的，周期表和核素表的扩展。 [155] 其他关于周期表终点的预测包括： 128号（约翰·埃姆斯利）[3]； 137号（理查德·费曼）[156]； 146号（Yogendra Gambhir）；[157] 155号（艾伯特·卡赞，Albert Khazan）。[3][n 12]

玻尔模型

玻尔模型对137号以上的元素时效，因为此处1s电子的速率超过了光速。[158] 因此非相对论的波尔模型对这些元素并不准确。

狄拉克方程

相对论性的狄拉克方程不适用于有多于137个质子的元素。这些元素的基态的波函数震荡（oscillatory）而非束缚，其正负能谱是连续的。这称为克莱因悖论（英语：Klein paradox）。 [159] 更精确的、考虑到了原子核尺寸的计算显示结合能在有超过173个质子的原子中超过上限。 如果更重的原子的最内层轨道中没有电子，原子核的电场将从真空中创造出电子，并发射出正电子。 [160] 如果1s轨道被电子填充，这就不会发生，因此173号元素不一定是元素周期表的终点。 [156]

最优排列方式

各种不同格式的周期表使人们产生了以下问题：是否存在一个最理想的或有确切格式的周期表。[161] 一般认为，这个问题的答案取决于元素的化学周期性是否基于某种规则，与宇宙的联系是否紧密高效，或者说这些周期性都只是基于人类观察者的环境、信仰和偏好所主观解释的产物。化学周期性的一个客观标准将解决有关氢和氦的位置与III族组成的问题。这种未被证实的理论即使存在也被认为仍未被发现。在其缺失的情况下，各种不同格式的周期表可以看作是化学周期性主题的变化，每一种周期表都探究并强调了这些元素之间特征、性质、属性和关系的不同。[n 13]

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注释

  1. ^ 有几种元素是先在实验室中被合成后，才在自然界中发现的。它们是：锝（43号）、钷（61号）、砹（85号）、镎（93号）、钚（94号）、镅（95号）、锔（96号）、锫（97号）、锎（98号）。
  2. ^ 少数版本的周期表中会将中子作为0号元素列出。
  3. ^ 元素分区的方式与此叙述实际上略有出入。例如，氦是位于第18族（0族）中的元素，但划分时它被分在s区；此外，d亚层在第11族（I B族）就已经被填满了，第12族（II B族）中新电子填入的是s亚层，但它仍然被分入d区。
  4. ^ 图中不包括惰性气体、砹、钫、镅和镅之后的所有元素，因其数据不详。
  5. ^ 视标度种类的不同，电负性最大和最小的元素可能与此所列的存在差别。在某些标度中，氖元素的电负性最大，钫元素的电负性最小。

原文注记

  1. ^ While Lr is thought to have p rather than d electron in its ground-state electron configuration, and would therefore be expected to be volatile metal capable of forming a +1 cation in solution, no evidence of either of these properties has been able to be obtained despite experimental attempts to do so.[53] It was originally expected to have a d electron in its electron configuration[53] and this may still be the case for metallic lawrencium, whereas gas phase atomic lawrencium is very likely thought to have a p electron.[54]
  2. ^ Deming的18列周期表的一种原型可在此处找到：1911年Adams的16列周期表. Adams omits the rare earths and the "radioactive elements" (i.e. the actinides) from the main body of his table and instead shows them as being "careted in only to save space" (rare earths between Ba and eka-Yt; radioactive elements between eka-Te and eka-I). See: Elliot Q. A. (1911). "A modification of the periodic table". Journal of the American Chemical Society. 33(5): 684–688 (687).
  3. ^ A second extra-long periodic table row, to accommodate known and undiscovered elements with an atomic weight greater than bismuth (thorium, protactinium and uranium, for example), had been postulated as far back as 1892. Most investigators considered that these elements were analogues of the third series transition elements, hafnium, tantalum and tungsten. The existence of a second inner transition series, in the form of the actinides, was not accepted until similarities with the electron structures of the lanthanides had been established. See: van Spronsen, J. W. (1969). The periodic system of chemical elements. Amsterdam: Elsevier. p. 315–316, ISBN 0-444-40776-6.
  4. ^ See The Internet database of periodic tables for depictions of these kinds of variants.
  5. ^ But for the existence of the lanthanides the composition of group 3 would not have been a source of any special interest, since scandium, yttrium, lanthanum and actinium exhibit the same gradual change in properties as do calcium, strontium, barium and radium in group 2.[125]
  6. ^ The detachment of the lanthanides from the main body of the periodic table has been attributed to the Czech chemist Bohuslav Brauner（英语：Bohuslav Brauner） who, in 1902, allocated all of them ("Ce etc.") to one position in group 4, below zirconium. This arrangement was referred to as the "asteroid hypothesis", in analogy to asteroids occupying a single orbit in the solar system. Before this time the lanthanides were generally (and unsuccessfully) placed throughout groups I to VIII of the older 8-column form of periodic table. Although predecessors of Brauner's 1902 arrangement are recorded from as early as 1895, he is known to have referred to the "chemistry of asteroids" in an 1881 letter to Mendeleev. Other authors assigned all of the lanthanides to either group 3, groups 3 and 4, or groups 2, 3 and 4. In 1922 尼尔斯·玻尔 continued the detachment process by locating the lanthanides between the s- and d-blocks. In 1949 格伦·西奥多·西博格 (re)introduced the form of periodic table that is popular today, in which the lanthanides and actinides appear as footnotes. Seaborg first published his table in a classified report dated 1944. It was published again by him in 1945 in 化学化工新闻, and in the years up to 1949 several authors commented on, and generally agreed with, Seaborg's proposal. In that year he noted that the best method for presenting the actinides seemed to be by positioning them below, and as analogues of, the lanthanides. See: Thyssen P. and Binnemans K. (2011). "Accommodation of the Rare Earths in the Periodic Table: A Historical Analysis". In K. A. Gschneider Jr. (ed). Handbook on the Physics and Chemistry of the Rare Earths. 41. Amsterdam: Elsevier, pp. 1–94; Seaborg G. T. (1994). Origin of the Actinide Concept'. In K. A. Gschneider Jr. (ed). Handbook on the Physics and Chemistry of the Rare Earths. 18. Amsterdam: Elsevier, pp. 1–27.
  7. ^ For examples of this table see 彼得·阿特金斯 et al. (2006). Shriver & Atkins Inorganic Chemistry (4th ed.). Oxford: Oxford University Press • Myers et al. (2004). Holt Chemistry. Orlando: Holt, Rinehart & Winston • Chang R.（英语：Raymond Chang (chemist)） (2000). Essential Chemistry (2nd ed.). Boston: McGraw-Hill
  8. ^ For examples of the group 3 = Sc-Y-Lu-Lr table see Rayner-Canham G. & Overton T. (2013). Descriptive Inorganic Chemistry (6th ed.). New York: W. H. Freeman and Company • Brown et al. (2009). Chemistry: The Central Science (11th ed.). Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education • Moore et al. (1978). Chemistry. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha
  9. ^ The phenomenon of different separation groups is caused by increasing basicity with increasing radius, and does not constitute a fundamental reason to show Lu, rather than La, below Y. Thus, among the Group 2 碱土金属s, Mg (less basic) belongs in the "soluble group" and Ca, Sr and Ba (more basic) occur in the "ammonium carbonate group". Nevertheless, Mg, Ca, Sr and Ba are routinely collocated in Group 2 of the periodic table. See: Moeller et al. (1989). Chemistry with Inorganic Qualitative Analysis (3rd ed.). SanDiego: Harcourt Brace Jovanovich, pp. 955–956, 958.
  10. ^ Even if metallic lawrencium has a p electron, simple modelling studies suggest it will behave like a lanthanide,[142] as do the rest of the late actinides.[139]
  11. ^ For examples of the group 3 = Ln and An table see Housecroft C. E. & Sharpe A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3rd ed.). Harlow: Pearson Education • Halliday et al. (2005). Fundamentals of Physics (7th ed.). Hoboken, NewJersey: John Wiley & Sons • Nebergall et. al. (1980). General Chemistry (6th ed.). Lexington: D. C. Heath and Company
  12. ^ Karol (2002, p. 63) contends that gravitational effects would become significant when atomic numbers become astronomically large, thereby overcoming other super-massive nuclei instability phenomena, and that 中子星s (with atomic numbers on the order of 1021) can arguably be regarded as representing the heaviest known elements in the universe. See: Karol P. J. (2002). "The Mendeleev–Seaborg periodic table: Through Z=1138 and beyond". Journal of Chemical Education 79 (1): 60–63.
  13. ^ Scerri（英语：Eric Scerri）, one of the foremost authorities on the history of the periodic table,[162] favoured the concept of an optimal form of periodic table but has recently changed his mind and now supports the value of a plurality of periodic tables.[161]

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参考书籍

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外部链接

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