科學百科第82期丨哪些是最活潑的化學元素，為什么？

本期為大家?guī)恚?/p>

《你知道嗎——現代科學中的100個問題》

本書是阿西莫夫的優(yōu)秀作品之一。

作者以通俗的語言，深入淺出地解釋了現代科學中的一百個尖端課題。

其中，有些是了解現代科學技術所必須具備的基礎知識，如科學的研究方法、二進制數、相對論、亞原子粒子、核聚變、熵、晶體、病毒等。有些則是當代科學技術的前沿陣地，如黑洞、統(tǒng)一場論、夸克、快子、金屬氫等。

作者對這些問題的來龍去脈，它們目前處在什么樣的狀態(tài)、有沒有希望得到解決等問題均作了回答。

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第八十二個問題：

哪些是最活潑的化學元素，為什么？

電子處在圍繞原子核的一些稱為“殼層”的同心球上。對每個元素來說，每個殼層上都有固定數目的電子。當最外面的的殼層上有8個電子時，這種排列特別穩(wěn)定。

不過，假定一個元素有這么多個電子，以致當其中的8個被安置在某一個外殼層上時，還有少數幾個多余的電子必須安置在一個更靠外的外殼層上。這少量最外層的電子（帶負電荷的）只受到位于原子中心的帶正電荷的原子核的微弱控制。最外面的這些電子很容易轉讓給其他原子，因此，原來那個原子現在所剩下的就是最外面殼層上8個電子的穩(wěn)定排列。

化學反應關系到電子的轉移，因此，一個容易失去一個或多個電子的元素，會容易地發(fā)生電子轉移的反應，這種元素就是“化學上活潑的”元素。一般來說，超過8個的電子數目越少，它們越容易轉移：那個元素就越活潑；因此，最活潑的元素，就是電子數比8多一個的那些元素，也就是只有一個電子位于最外面殼層上的那些元素。

舉例來說，這樣的元素有鈉，它的電子排列在三個殼層上（2，8，1）；還有鉀，它的電子排列在四個殼層上（2，8，8，1）。

電子的內殼層趨向于把最外面的那個孤零零的電子與帶正電荷的原子核隔離開來。中間的殼層越多，原子核對最外層的電子的控制越弱，因此，這種電子也越容易轉移。因此，鉀比鈉活潑，銫（2，8，18，18，8，1）更加活潑。

比銫還更活潑的是鈁（2，8，18，32，18，8，1），但一次只能研究它的幾個原子，甚至連它的最穩(wěn)定的同位素的半衰期也只有21分鐘。因此，銫是最活潑的穩(wěn)定金屬元素。

現在假定一個元素所具有的構成最外面殼層的電子數太少，不夠 8個。這些原子趨向于接受若干個電子來湊成必要的8個。因此，它們就容易發(fā)生化學反應，因而是很活潑的。

一般來說，湊成8個電子所需要的電子數目越少，接受電子的趨勢就越大。因此，在這類元素當中，最活潑的元素就是原子最外面殼層上含有7 個電子的那些元素，它們僅僅需要一個電子就可以湊成8個電子。

舉例來說，這樣的元素有氯，這種原子的電子排列為2，8，7；還有溴，它的電子排列為2，8，18，7。

在這樣一些元素的情況下，原子核的吸引力越強，把那個失去的電子拉過來的趨勢越大。電子的內殼層的數目越少，原子核周圍的隔絕作用就越小，那個原子核的拉力就越大，而元素也就越活潑。

在這種類型的元素當中，電子殼層數目最少的是氟，它的電子排列為2，7。因此，氟是一切非金屬元素中最活潑的。