微觀世界 I / 子課題
週期表結構與趨勢
Structure of the Periodic Table and Periodic Trends
同週期及同族的原子半徑、電離能、電負性趨勢及例外
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 週期表的基本構造
考評提示：族與週期的含義、金屬/非金屬的分界
- 按原子序 (Atomic number) 遞增排列。
- 同族 (Group)：最外層電子數相同 -> 化學性質相似。同週期 (Period)：電子殼層數相同。
- 第 I 族：鹼金屬；第 II 族：鹼土金屬；第 VII 族：鹵素；第 0/VIII 族：稀有氣體。
2. 週期趨勢
考評提示：同週期/同族的原子半徑、電離能趨勢及解釋
- 原子半徑：同週期由左至右減小（核電荷增加，吸引力增強）；同族由上至下增大（殼層數增加）。
- 第一電離能 (1st IE)：同週期由左至右呈上升趨勢（核電荷增加，較難移除電子）；同族由上至下減小（屏蔽效應增加，最外層電子受吸引力減弱）。
- 電負性 (Electronegativity)：由左至右增加，由上至下減小。F 是電負性最強的元素。
常見題型 · scoring points
描述第 I 族金屬由上至下活潑性的變化及其原因
- 趨勢：活潑性增加。
- 原因：原子半徑增大，最外層電子與原子核的距離增加，且屏蔽效應增強。
- 結果：原子核對最外層電子的吸引力減弱，電子更容易失去。
分析第 VII 族鹵素由上至下物理性質的變化規律
- 熔點/沸點：逐漸上升。
- 狀態：F₂/Cl₂ 為氣體，Br₂ 為液體，I₂ 為固體。
- 解釋：分子量增加，分子間的范德華力隨之增強。
- 顏色：逐漸加深（F₂ 淡黃，Cl₂ 黃綠，Br₂ 紅棕，I₂ 紫黑/深灰）。
解釋為何第 0 族稀有氣體具有極高的化學穩定性
- 原因：具有全充滿的最外層電子殼層（ns²np⁶ 或 He 的 1s²）。
- 結果：這是一種能量極低的穩定電子結構。
- 行為：既不容易失去電子，也不容易得到或共享電子，故難以形成化學鍵。
分析第三週期 (Na to Ar) 原子半徑的變化趨勢
- 趨勢：由左至右原子半徑減小。
- 原因：原子序（核電荷）增加，但電子填充在同一個主殼層，屏蔽效應增加不明顯。
- 結果：原子核對電子的靜電吸引力增強，將電子雲向內拉緊。
描述並解釋第一電離能在第三週期中的整體趨勢
- 整體趨勢：由 Na 到 Ar，第一電離能大致隨原子序增加而上升。
- 原因：同週期內核電荷增加，而電子填入同一主殼層（屏蔽效應相近），核對最外層電子的吸引力增強。
- 結果：移走最外層電子所需能量增加，即第一電離能增大。
- 鈍氣（Ar）具有穩定的全滿外層結構，第一電離能最高。
分析第三週期元素熔點的變化趨勢（與鍵合關係）
- 規律：Na, Mg, Al 呈上升趨勢（金屬鍵增強）；Si 極高（巨型共價結構）；P₄, S₈, Cl₂, Ar 驟降且較低（簡單分子，范德華力）。
- 最高點：Si（斷裂強共價鍵需要極多能量）。
- 分子間：S₈ 的熔點比 P₄ 高，因為 S₈ 分子較大，范德華力較強。
描述第三週期元素氧化物的酸鹼性質規律
- Na₂O, MgO：鹼性（與酸反應生成鹽和水）。
- Al₂O₃：兩性（既能與強酸反應，也能與強鹼反應）。
- SiO₂：弱酸性（僅與熱的濃鹼反應）。
- P₄O₁₀, SO₂, Cl₂O₇：酸性（溶於水生成酸）。
討論電負性在週期表中的規律及意義
- 趨勢：由左至右增加，由上至下減小。
- 意義：衡量原子在共價鍵中吸引電子的能力。
- 應用：用於判斷化學鍵的極性（電負性差值越大，極性越強）。
比較第三週期金屬（Na, Mg, Al）的導電性
- 趨勢：由 Na 到 Al 導電性增強。
- 原因：每個原子提供的離域電子數增加（Na: 1, Mg: 2, Al: 3）。
- 結果：電子海中的電荷載體密度增加。
預測第 IV 族元素（Si 到 Pb）由上至下金屬性的變化
- 趨勢：金屬性增強。
- 觀察：C 為非金屬，Si/Ge 為半金屬，Sn/Pb 為金屬。
- 原因：原子半徑增大，電離能減小，原子更容易失去電子。
解釋為何同週期的鹵素比鹼金屬具有更高的電負性
- 原因一：鹵素具有更多的核電荷（質子數更多）。
- 原因二：鹵素原子半徑較小。
- 結果：鹵素原子核對共用電子對的引力比同週期的鹼金屬強得多。
描述鹵素間的置換反應及其與活性的關係
- 反應：較活潑的鹵素（如 Cl₂）可以從鹵化物中置換出較不活潑的鹵素（如 Br⁻）。
- 例子：Cl₂(g) + 2KBr(aq) → 2KCl(aq) + Br₂(aq)（溶液變橙色）。
- 關係：活性隨原子序增加而減小（F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂）。
微觀世界 I 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 化學神器 App。
