# 元素周期律图表 - 电离能、电负性、原子半径、电子亲和能变化趋势与有效核电荷

> 在线画出 1～86 号元素的第一电离能、电负性、原子半径、电子亲和能、熔沸点随原子序数的变化，按族或周期单独看趋势，并用斯莱特规则算有效核电荷。

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元素周期律的核心是有效核电荷 Zeff 和电子层数 n：同一周期从左到右，核电荷增加而电子层不变，同层电子只互相屏蔽 0.35，Zeff 每步约增大 0.65，所以原子半径减小、第一电离能和电负性增大；同一族从上到下电子层增加，最外层电子离核更远，电离能和电负性减小、半径增大。本工具把 1～86 号元素的性质画成随原子序数变化的折线或柱状图，周期用底纹区分，可突出某一族或某一周期并单独查看其趋势、斯莱特 Zeff 和原因解释。第一电离能采用 NIST 原子光谱数据库的实验值（如 H 1312、He 2372、Li 520、Be 899、B 801、C 1086、N 1402、O 1314、F 1681、Ne 2081、Na 496 kJ/mol，可切换 eV），图中标出 Be→B、N→O、Mg→Al、P→S 的反常下降，并解释 N 的电子亲和能小于 0、Cl 的电子亲和能（349 kJ/mol）大于 F（328 kJ/mol）。原子半径统一使用 Cordero 2008 共价半径；电子亲和能只收录可靠的实验值，负离子不稳定的元素标为“< 0”。斯莱特规则计算器列出每组屏蔽电子的贡献：Na 的 3s 电子 σ = 8×0.85 + 2×1.00 = 8.80，Zeff = 2.20；Cl 的 3p 电子 Zeff = 6.10。另有 1～20 号元素的逐级电离能图（如 Na 496、4562、6910 kJ/mol，第二电离能突增说明只有 1 个价电子）、两种性质的散点图与相关系数，以及按所选性质着色的周期表热图。

## 使用步骤

1. 选择要看的性质（电离能、电负性、原子半径、电子亲和能、Zeff、熔点、沸点）和原子序数范围
2. 用“突出显示族 / 周期”单独查看某一族或周期的趋势、Zeff 和解释，或把鼠标移到图上读数
3. 在周期表热图中点选元素，查看斯莱特规则 Zeff 推导、逐级电离能和两种性质的散点图

## 功能特点

- 1～86 号元素第一电离能（NIST 实验值，kJ/mol 或 eV）折线 / 柱状图
- 鲍林电负性、Cordero 共价半径、电子亲和能、熔点、沸点趋势
- 周期底纹、族 / 周期突出显示，悬停读数
- 单独查看某一族或周期的趋势，附斯莱特 Zeff 表和原因解释
- Be→B、N→O、Mg→Al、P→S 电离能反常与 N、F/Cl 电子亲和能反常的标注和解释
- 斯莱特规则逐项计算有效核电荷 Zeff（含 d 区 (n−1)d 电子）
- 1～20 号元素逐级电离能对数图，自动找出内层突跃
- 两种性质散点图与皮尔逊相关系数，周期表热图

## 常见问题

### 第一电离能在周期表中怎样变化？

同周期从左到右总体增大，同族从上到下减小。原因是同周期核电荷增加、电子层数不变，有效核电荷增大、原子半径减小，最外层电子被抓得更牢；同族从上到下电子层增加，外层电子离核更远。所以电离能最大的是 He（2372 kJ/mol），最小的是 Cs（376 kJ/mol）这类碱金属。

### 为什么 B 的第一电离能比 Be 小，O 比 N 小？

Be（2s²）→ B（2s² 2p¹）：B 失去的是 2p 电子，2p 能量比 2s 高，还受到 2s 电子屏蔽，所以更容易失去，B 801 kJ/mol < Be 899 kJ/mol。N（2p³）→ O（2p⁴）：N 的 2p 半充满，三个电子各占一个轨道；O 有两个电子挤在同一轨道，互相排斥，因此 O 1314 kJ/mol < N 1402 kJ/mol。第三周期 Mg→Al、P→S 的下降是同样的道理。

### 斯莱特规则怎么算有效核电荷？

把轨道分组为 [1s] [2s,2p] [3s,3p] [3d] [4s,4p] [4d] [4f] [5s,5p] …；对 s、p 电子，同组其他电子各屏蔽 0.35（1s 为 0.30），n − 1 层的电子各屏蔽 0.85，n − 2 层及更内层各屏蔽 1.00；对 d、f 电子，同组 0.35，其左边所有电子各 1.00。Zeff = Z − σ。例如 Na（1s² 2s² 2p⁶ 3s¹）的 3s 电子：σ = 8 × 0.85 + 2 × 1.00 = 8.80，Zeff = 11 − 8.80 = 2.20；Cl 的 3p 电子：σ = 6 × 0.35 + 8 × 0.85 + 2 × 1.00 = 10.90，Zeff = 6.10。

### 为什么 Cl 的电子亲和能比 F 大？

按趋势 F 应该最大，但 F 原子太小，2p 轨道里电子很密集，新加入的电子受到强烈排斥，放出的能量反而较少：F 328 kJ/mol，Cl 349 kJ/mol，Cl 是电子亲和能最大的元素。同理 O（141 kJ/mol）小于 S（200 kJ/mol）。而 N 的 2p³ 半充满，加电子必须成对，N⁻ 不稳定，电子亲和能小于 0；稀有气体、Be、Mg 的负离子也不稳定。

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