科学百科第82期丨哪些是最活泼的化学元素，为什么？

本期为大家带来：

《你知道吗——现代科学中的100个问题》

本书是阿西莫夫的优秀作品之一。

作者以通俗的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。

其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。

作者对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

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第八十二个问题：

哪些是最活泼的化学元素，为什么？

电子处在围绕原子核的一些称为“壳层”的同心球上。对每个元素来说，每个壳层上都有固定数目的电子。当最外面的的壳层上有8个电子时，这种排列特别稳定。

不过，假定一个元素有这么多个电子，以致当其中的8个被安置在某一个外壳层上时，还有少数几个多余的电子必须安置在一个更靠外的外壳层上。这少量最外层的电子（带负电荷的）只受到位于原子中心的带正电荷的原子核的微弱控制。最外面的这些电子很容易转让给其他原子，因此，原来那个原子现在所剩下的就是最外面壳层上8个电子的稳定排列。

化学反应关系到电子的转移，因此，一个容易失去一个或多个电子的元素，会容易地发生电子转移的反应，这种元素就是“化学上活泼的”元素。一般来说，超过8个的电子数目越少，它们越容易转移：那个元素就越活泼；因此，最活泼的元素，就是电子数比8多一个的那些元素，也就是只有一个电子位于最外面壳层上的那些元素。

举例来说，这样的元素有钠，它的电子排列在三个壳层上（2，8，1）；还有钾，它的电子排列在四个壳层上（2，8，8，1）。

电子的内壳层趋向于把最外面的那个孤零零的电子与带正电荷的原子核隔离开来。中间的壳层越多，原子核对最外层的电子的控制越弱，因此，这种电子也越容易转移。因此，钾比钠活泼，铯（2，8，18，18，8，1）更加活泼。

比铯还更活泼的是钫（2，8，18，32，18，8，1），但一次只能研究它的几个原子，甚至连它的最稳定的同位素的半衰期也只有21分钟。因此，铯是最活泼的稳定金属元素。

现在假定一个元素所具有的构成最外面壳层的电子数太少，不够 8个。这些原子趋向于接受若干个电子来凑成必要的8个。因此，它们就容易发生化学反应，因而是很活泼的。

一般来说，凑成8个电子所需要的电子数目越少，接受电子的趋势就越大。因此，在这类元素当中，最活泼的元素就是原子最外面壳层上含有7 个电子的那些元素，它们仅仅需要一个电子就可以凑成8个电子。

举例来说，这样的元素有氯，这种原子的电子排列为2，8，7；还有溴，它的电子排列为2，8，18，7。

在这样一些元素的情况下，原子核的吸引力越强，把那个失去的电子拉过来的趋势越大。电子的内壳层的数目越少，原子核周围的隔绝作用就越小，那个原子核的拉力就越大，而元素也就越活泼。

在这种类型的元素当中，电子壳层数目最少的是氟，它的电子排列为2，7。因此，氟是一切非金属元素中最活泼的。

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