基础:原子结构与周期性
对角线关系
同一族的元素通常彼此相像——这正是周期表的要义。但还有一种更安静、出人意料的规律:某些元素与其右下方、对角线上的那个元素,比与自己同族的伙伴更相像。锂很像镁,铍很像铝,硼很像硅。这就是对角线关系。
为什么对角线上的邻居反而更匹配?因为两条周期趋势方向相反,沿对角线几乎相互抵消。沿一族向下,原子变大、电负性变小;沿一个周期向右,原子变小、电负性变大。同时向下一步、向右一步,这些变化部分抵消,于是这对对角元素最终有相近的原子和离子大小、相近的电荷/尺寸比(极化能力)以及相近的电负性。锂那个小小的 Li+ 离子,极化能力像 Mg2+;两者都比各自族里其余成员形成更偏共价、更难溶的化合物;铍和铝都形成两性氧化物和共价卤化物。
对角线关系对第二周期最轻的几个元素(Li、Be、B)最有用,它们因为体积小,在自己族里成了真正的异类——锂是「格格不入」的碱金属,铍是反常的碱土金属,硼是金属之上孤零零的准金属。它是预测化学性质时真实而有用的规律,但要诚实看待其适用范围:它是程度上的相似,由离子大小和极化能力驱动,并非什么深刻的新定律;越往表的下方和右方,两条相互抵消的趋势不再那么整齐地平衡,这种关系也就迅速淡去。
锂在空气中燃烧生成普通氧化物和氮化物(Li3N),与镁相同,而不像它更重的碱金属表亲那样生成过氧化物/超氧化物;LiF 和 MgF2 都难溶,不像 NaF。
锂模仿镁;相互抵消的尺寸/电荷趋势在对角线上相遇。
对角线关系是趋势上的相似,并不能取代族的化学——锂首先仍是碱金属。它在 Li–Mg、Be–Al、B–Si 这几对上最明显,不应过度延伸到表的更深处。
又称
另见