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元素周期表

Wikipedia · 2026-07-19 维基百科 👁 1 阅读

元素週期表是依原子序數、核外電子排布情况和化学性质的相似性来排列化学元素的表格。一如其名，元素週期表的排列展现元素性质的週期性趋势。其中，週期表的横行被称作週期，纵列则被称作族。一般而言，在同一週期内，金属元素位于表的左端，非金属元素位于右端；同族的元素则大多具有相似化学性质。週期表中有四个族具有单独的别名，包括第1族（IA族）被称为碱金属、第2族（IIA族）被称为碱土金属、第17族（VIIA族）被称为卤素，以及第18族（VIIIA族）被称为稀有气体。

元素週期表排列的週期性趋势既可用于推演不同元素间性质的关系，也可用于预测未发现或新合成的元素的性质。週期表最早由俄罗斯化学家德米特里·门捷列夫在1869年发布，主要用于表现当时已知的元素之间的週期性规律，但他也借此基本成功预测当时尚未发现的、位于週期表空位中的元素的一部分性质。随着新元素的发现和化学性质理论模型的健全，门捷列夫的思想也在不断完善。现代的元素週期表不仅为分析化学反应提供有用的框架，也在其他化學领域乃至核物理学中得到广泛应用。

自原子序数为1的元素（氢）至原子序数为118的元素（鿫，Oganesson）均已被发现或成功合成，并填满週期表的前七个周期。不过，在自然界中天然存在的仅有前94种元素，且部分仅有痕量存在；95号及以后的元素都是在实验室或核反应堆中合成得到的。下一个合成的新元素将会开启周期表的第八周期，因此大量工作都在往这方面努力，且已有理论指出可能的新元素。此外，世界各地的实验室中也不斷有多种元素的新放射性同位素被合成出。

概述
每种化学元素都对应一个独有原子序数（通常记作Z），这个值即是原子核内的質子数量。对大多数元素而言，同种元素的原子可以包含不同数目的中子，可互称为同位素。例如，碳元素就有三种天然同位素，每种同位素原子都包含六个质子，但中子数量不同：绝大多数碳原子含有六个（碳-12），约1%含有七个（碳-13），极少数含有八个（碳-14）。元素周期表中对同位素不加区分。不少周期表会标出元素的原子量，但对于没有稳定同位素的元素，则会标出半衰期最长的核素的相对原子质量，在这种情况下原子量会带上括号。

在标准的元素周期表中，元素按照原子序数递增的顺序排列。当一个新的电子壳层开始填入电子时，周期表就从下一行（即下一个周期）继续开始排布。纵列（族）是由原子的电子构型决定的。对于同一族中的元素，原子的某一亚层中的电子数量总是相同的。例如，氧和硒位于同一族，而它们的原子最外层的p轨道中都填入了4个电子。同族元素通常具有相似的化学性质，而在周期表的f区与d区的一部分中，整个区域的元素都有相似的化学性质。因而，如果已知与某个元素相邻的其他元素的性质，这个元素的性质就不难猜测。

，元素周期表共有118种已确认存在的元素。其中原子序数为113、115、117、118的四种元素是最新发现的，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）于2015年12月确认这些元素成功合成，并于2016年6月公布了它们的英文名称（同年11月确定为官方名称），中国大陆于2017年5月公布了其中文名。其名称分别为鉨（英文名Nihonium，符号Nh）、镆（英文名Moscovium，符号Mc）、鿬（英文名Tennessine，符号Ts）、鿫（英文名Oganesson，符号Og）。

前94号元素都天然存在，{{efn|自然界中有多少元素天然存在是复杂的问题，至今仍未完全解决。地球中大量存在的最重元素是92号元素铀，但铀可通过自发裂变释放中子，铀原子捕获中子后就会通过β衰变变成更重的93号元素镎和94号元素钚。普瑞兹毕尔斯基星含有直到99号元素锿的所有元素，100号元素镄也可能曾存在于加蓬奥克洛的天然核反应堆中，但现已衰变殆尽。如果这些超重元素够长寿，它们也能通过宇宙射线到达地球，但至今仍未找到它们。）。

元素分组方式
族
周期表中的一个族指的是一个纵列（VIIIB族除外）。一般而言，与同周期、同分区的元素相比，同族元素往往具有更相似的性质，但是另一些性质与原子序数的相关性更明显。依照现代原子结构量子力学的解释，同族元素的价层电子通常具有相同的排布方式，因而一般具有一系列共同的化学性质，且随着原子序数的递增，元素的性质亦呈现出明显有规律的变化。不过在周期表的部分分区，如d区与f区，沿横向排列的元素彼此间性质也很相似，甚至比同族元素的相似性更强。

依照国际命名惯例，周期表中的族序号自左向右由1至18依次递增。此前常用的记法则是使用罗马数字，并加标“A”或“B”表示主族（s区、p区）或副族（d区、f区）。每一族所对应的罗马数字，正是现代使用的纯数字记法的个位数。例如，第4族被记作IVB族，而第14族则是IVA族。此前欧洲通用的也是“罗马数字+字母”这一体系，但不同的是，“A”用于表示前9列元素，“B”用于表示后9列元素。此外，第8、9、10族曾作为一整个跨三列的族（VIIIB族）而存在，但自1988年起，IUPAC已经放弃这种记法，并转而改用一列一号的标号方式。

部分族除了数字序号以外尚有其别名，不过有的别名很不常用。第3-10这8个族没有别名，通常以族序号或族首元素指代（比如第3族也可称作“钪族”）。这些族没有别名的一个原因是同族元素间的相似性较弱（相对于有别名的族而言）。不过这一规则存在例外，例如第11族（I B族）的底端，电负性就反而增大。

周期
周期表中的一个横行称作一个周期。尽管一般而言同族元素的相似性更强，但部分区域中同周期元素（即，沿水平方向）相似性和变化规律更显著。比如f区中的两行，镧系和锕系元素，就体现了“同周期内元素性质相似”的特点。

同一周期内的元素随原子序数递增，其原子半径、电离能、电子亲和能和电负性各自呈现出不同的变化趋势。自左向右，质子数逐渐增加，核外电子所受的吸引力增强而更向核靠拢，因此原子半径通常随之递减。相应地，电离能和电负性随之增大，因为将电子从核外剥离需要消耗更多的能量。

区
周期表中，依最后填充的电子亚层而划分的矩形块被称作区。各区大体上依照最后被填充的亚层的符号命名

金属、类金属和非金属
根据理化特性的不同，周期表中的元素可被分为金属、类金属和非金属三类。金属通常是具光泽的固体，电导率与热导率较高。金属元素彼此易形成合金，与非金属元素之间则容易形成离子盐类化合物（稀有气体除外）。大部分非金属在通常状况下则是气体或有色固体，绝缘性较好。非金属元素彼此间常以共价键结合形成化合物。金属与非金属间则是类金属，具有介于二者之间的性质。

金属与非金属可以进一步细分为多个子类。周期表中自左向右，这些子类的金属性依次减弱，而非金属性逐渐增强。金属从相当活泼的碱金属开始逐渐向右扩展，依次经过活性较弱的碱土金属、内过渡金属（镧系与锕系元素）、典型过渡金属，终止于物理化学活性都较弱的后过渡金属（即贫金属）。非金属自左向右则依次为多原子非金属、双原子非金属与单原子的稀有气体。多原子非金属靠近类金属区域，尚有残余的金属特性，双原子非金属则具有典型的非金属性，稀有气体更是几近完全惰性。过渡金属中还可细分出一些子类，如難熔金屬和貴金屬等较为知名的子类，但在周期表中较少单独标出。

不过，仅仅依据性质的相似性来对元素分类尚有缺陷。每一个子类中，元素彼此间的性质实际上都有一定的差异，处在两类边界上的元素性质又较为相似，分野不够明确。不过其它分类手段也会遇到类似的问题。比方说铍元素被归类为碱土金属，但它具有贫金属的特点，往往以共价形式参与化合，且能形成两性氧化物。又例如，氡被归为稀有气体，但能形成正离子，这是金属元素的典型特性。除去理化性质以外，还有一些其它的分类标准，例如按宿主矿物分类（），或按晶体结构分类。目前的分类方法最早可以上溯到1869年，当时为了对这些元素加以区分，曾建议在金属、固态非金属、气态非金属的区域之间加注边界线。

周期表中的周期性与规律
核外电子排布
确定。]]

电中性原子的核外电子排布情况随原子序数的增长展现出一种不断复现的规律（即所谓“周期”）。核外电子可以占据不同的电子层（以数字标识），每个层又包含一系列亚层（以字母s、p、d、f、g等标识）。随原子序数递增，电子依照構造原理（即马德隆规则，或称能量递增原理）逐步填入各电子层与亚层中，顺序如左图所示。以氖元素为例，其核外电子构型为1s2 2s2 2p6。其10个核外电子中，两个最先填入第1层，而剩余八个填入第二层。这其中，2个填入2s亚层，6个则填入2p亚层。在周期表中，一旦电子填入了一个此前从未填充过的新电子层，该元素就将作为一个新周期的起始元素而出现。目前这些起始元素包括氢和所有碱金属。

由于元素性质基本由核外电子的排布情况决定，因而元素的性质也随原子序数增长而体现出某种周期性。典型的例子是原子半径、电离能和电子亲和能。实际上，元素周期律的提出和周期表的发明，就是基于对这些周期性规律的观察和整理，因为彼时尚未出现与此相关的理论解释。

在镧系元素中，4f亚层的价电子自左向右逐步增加，但它们对于同步增加的核电荷的屏蔽效果不良。因此，原子核对于镧系元素外层电子的吸引力较强，导致镧系元素的原子半径偏小，即所谓的镧系收缩。受此影响，镧系后面的元素也有较小的原子半径。因此，铪的原子半径基本和锆相同，钽与铌的半径也相近，其后的元素依此类推。镧系收缩的影响一直波及到铂元素，此后才被惰性电子对效应（一种相对论效应）所掩盖。另外，和镧系收缩类似，d区元素也存在着收缩效应，只不过强度更弱，它是d亚层电子对外侧的p电子屏蔽不完全导致的。原子的电负性与该原子的原子序数有关，同时也受價電子与核距离的影响。电负性越大，原子吸引电子（对）的能力越强。这个指标是萊納斯·鮑林于1932年提出的。一般来说，在元素周期表中，自左向右，电负性依次递增；自上而下，电负性依次递减。因而，在电负性已知的元素中，靠近右上角的氟元素电负性最高，左下角的铯元素电负性最低这有时会造成很大的差别，例如+2氧化态的铅的电负性为1.87，而+4氧化态的铅则达到了2.33。

电子亲和能
原子的电子亲和能是指向电中性的原子上加入一个电子，使之形成阴离子时释放的能量。不同元素电子亲和能的变化范围较大，不过其中仍有迹可循。一般而言，非金属的电子亲和能高于金属元素，其中氯元素的电子亲和能最大。关于稀有气体的电子亲和能尚无定论，因此其电子亲和能可能是负的（尽管绝对值很小），也可能不是。

大体上讲，沿同一周期自左向右，电子亲和能逐渐上升。由于越靠右端，原子的电子壳层填充得越满，因而向其中加入一个电子后，阴离子的结构越接近稳定的闭壳层，电子亲和能也相应地越高。

金属性
电离能，电负性和电子亲和力值越低，元素的金属性越强，非金属性越弱。鉴于这三种性质的周期性，金属性往往会在一周期（行）中由左至右递减（很多例外是由d和f亚层上的电子对原子核的不良屏蔽效果或者相对论效应导致），并且通常在一族（列）中由上至下递增。因此，大多数金属元素（如铯和钫）位于传统元素周期表的左下角，非金属元素（如氧，氟，氯）则位于右上角。金属性在元素周期表中的水平和垂直趋势组合解释了在一些周期表中发现的金属和非金属之间的阶梯形分界线，以及有时将与该线相邻的几个元素和与这些元素相邻的元素分类为类金属的做法。

桥接元素族的特点
{{Periodic table (micro)|mark_element=Sc, Y, La, Ac, Lu, Lr, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn|caption=元素周期表从左到右的黑框表示出出了第3族、-{zh-hans:镥; zh-hant:镏}-和铹、第11-12族以及稀有气体}}

桥接元素位于区与区之间。这些族的元素，比如非金属，具有临近族元素的混合特征。从化学性质上看，第3族元素、钪、钇、镧、锕都表现出了类似碱土金属（也即s区金属）的性质，但同时也具有d区过渡金属的物理性质。作为-{zh-hans:镥; zh-hant:镏}-类似物的铹也可能会有类似的表现。第11族里的造币金属（铜、银和金）在化学性质上的表现能等同于过渡金属或主族金属。第12族里的不定性金属，如锌、镉、汞等有时被看作是d区到p区元素的桥接，它们表面上是d区元素，但几乎不具有过渡金属性质，而是更接近于相邻第13族的p区元素。第18族的惰性稀有气体桥接着最活泼的第17族卤素元素与第1族的强碱金属。当元素具有相同的价电子数时，在主族和过渡金属之间，或早期锕系元素和早期过渡金属之间也可以发现一些相似之处。因此铀有点类似于6族元素中的铬和钨， 这种异常在s区块中最强，在p区块中中等，在d区块和f区块中不明显。

当原子核变得高度带电时，就需要狭义相对论来衡量原子核对电子云的影响。这些相对论效应导致重元素与其在元素周期表中的较轻同系物相比性质越来越不同。例如，相对论效应解释了为什么金是金色的，而汞在常温下是液体。预计这些影响将在第七期后期变得非常强烈，可能导致元素周期性的崩溃。已知电子构型和化学性质的元素只到元素108（𨭆），因此最重元素的化学特性仍然是当前研究的主题。

元素的许多其他物理性质也会按照周期律表现出周期性变化，如熔点、沸点、熔化热、汽化热、等。化合物也会出现类似的周期性变化，这可以通过比较氢化物、氧化物、硫化物、卤化物等来观察。

历史
早期历史
，列出元素周期表在各个重大发展时期发现的元素。]]
1789年，安托万-洛朗·德·拉瓦锡发表一个含33个化学元素的元素列表，并将它们分为气体元素、金属元素、非金属元素和土元素。在接下来的一个世纪，化学家们一直在寻找一个更准确的分类体系。1829年，約翰·沃爾夫岡·德貝萊納发现很多元素都可以根据他们的化学性质每三个分成一组。比如锂、钠、钾三种元素就可以同时作为软金属和活泼金属被分为一组。他还发现，若每组按原子量排序，第二个元素的原子量约等于第一个和第三个元素原子量之和的一半，这也被称为。德国化学家利奥波德·格梅林对这个理论进行研究，并在1843年证实10个三元素组、3个四元素组和1个五元素组的存在。讓-巴蒂斯特·杜馬在1857年发表文章，描述不同族金属之间的关系。尽管很多化学家都发现元素组与组之间的关系，但他们都还没有建立一个能涵盖所有元素的完整体系。

1857年，德国化学家弗里德里希·奥古斯特·凯库勒·冯·斯特拉多尼茨发现每个碳原子通常都会与四个原子相连，比如甲烷的结构为一个碳原子连着周围的四个氢原子。这个概念即是现在所称的化合价：每个原子都与特定数目的原子相连。

1862年，法国地质学家发表一篇论文，当中包含一张被他称作“地球物质螺旋”的图表。这张图表成为元素周期表的雏形，尚古尔多阿也因此成为第一个注意到元素周期性的人。他将元素按原子量螺旋排列在圆柱上，并发现性质相似的元素会周期性出现。他的图表中除了化学元素，还包含一些离子和化合物。由于他的论文中使用很多地质学术语而不是化学术语，且发表时没有附带图解，所以这篇论文直到门捷列夫的研究之后才得到关注。

1864年，德国化学家尤利乌斯·洛塔尔·迈耶尔发表一张按化合价排列的元素表，共包含44个元素。这个表显示有相似化学性质的元素，其化合价通常相同。与此同时，英国化学家威廉·奥德林发表一个按原子量排序的元素排列，当中包含57个元素，指出元素在原子量上的周期性和他们通常的分组方式相符。奥德林还提出一个关于周期律的想法，但并没有继续深究。随后，他在1870年提出按化合价分类元素。

周期表，按照八度音的规律绘制。]]
英国化学家约翰·纽兰兹在1863至1866年发表一系列论文指出，当元素按照原子量排序时，拥有相似物理性质和化学性质的元素每隔七个元素出现一次。他把这个性质和音乐中的八度联系起来。这个所谓的遭到很多科学界同行的嘲讽，就连英国皇家化学会也拒绝发表他的论文。尽管如此，纽兰兹还是画了元素表，并用它来预测尚未发现的元素，如锗。皇家化学会在五年后认可门捷列夫的发现时才承认纽兰兹的重要发现。

1867年，出生于丹麦的美籍化学家提出一个基于原子光谱、原子量和化学性质的螺旋周期体系。但当时的人们认为他的研究古怪、复杂、虚有其表，并没有接受和承认这个理论。

门捷列夫的初版元素周期表
。]]

俄国化学家德米特里·门捷列夫和德国化学家尤利乌斯·洛塔尔·迈耶尔分别于1869年和1870年独立出版他们的元素周期表。门捷列夫的元素周期表是首次出版；而迈耶尔的是再版，是对1864年第一版的扩充。他们都在周期表中将元素按原子量横向或纵向排列，并在元素的化学性质开始出现重复时另起一行（列）。

门捷列夫的周期表逐渐获得广泛的承认和接受，这源于他作出的两个决定：其一，他在表中为未知元素留下空位（门捷列夫并不是第一个这样做的化学家，但是他被认为是第一个用元素的周期性質预测未知元素的）。例如门捷列夫利用同族元素具有相似性質的特性，大膽提出未知元素的原子量、物理及化學性質等，而这些元素都在随后陆续被发现，如镓和锗；其二，他為了让同族元素應具有相似性质這一特點，偶尔会刻意不跟從原子量的大小去安放元素，如碘這元素的原子量較碲為低而應在碲的前方，但碘與其他鹵素十分相似的性質讓门捷列夫刻意讓碘和碲的位置對調。门捷列夫在1869年发表它的元素周期表时，雖說原子量的测量尚算精准，這些數據亦大大推動他的設計，但門捷列夫利用如元素的熱容量去比較，大膽修訂部份已發現元素的原子量，包括銦及鈰，並建議釷及鈾的原子量應增大一倍。這些後來被証實或擴充的預言令科學界廣泛承認及接受门捷列夫的周期表。

在1911年卢瑟福发现原子核后，科学家发现元素的整数核电荷数与其在周期表的排名相同。1913年，亨利·莫塞莱在X射线光谱法实验中证实这一发现，确定每个元素的核电荷数，并表明门捷列夫实质上是按核电荷数排序元素的。原子的核电荷数等于其质子数，并决定每个元素的原子序数（Z），而原子序数可以确定一个基于整数的元素排序。莫塞莱就此预言，在铝（Z=13）和金（Z=79）间的未知元素的原子序数應为43、61、72和75（这些元素之后都被发现）。原子序数成为确定化学元素的绝对标准，并给元素周期表的排序提供事实基础。自此，元素周期表被用于在研究和制造新合成元素之前预测该元素的性质。

门捷列夫的再版与其后的发展
1871年，门捷列夫出版新版元素周期表，把性质相似的元素排在同一纵列当中（此前版本以横向排列），并且按照常见氧化态将几组元素纵列标记I到VIII的编号。对于几种他此前认为理应存在但尚未发现的元素，门捷列夫也详细地给出了他预测的元素性质。随着科学家发现更多自然存在的元素，周期表中的空白也逐渐被填补。例如元素钫（之前被门捷列夫称为銫下元素，eka-caesium）于1939年被法国科学家玛格丽特·佩里发现，也是最后一个在自然界中发现的元素；元素钚于1940年合成生产，于1971年证实在自然界中微量存在。

現時流行的週期表佈局，也稱為通用形式或標準形式（如本文中多处所示），是由美国化学家霍勒斯·戴明（Horace Groves Deming）确定的。1923年，戴明發表簡短版本（[http://www.meta-synthesis.com/webbook/35_pt/pt_database.php?PT_id=456 門捷列夫式]）和中等版本（[http://www.meta-synthesis.com/webbook/35_pt/pt_database.php?PT_id=360 18列]）的周期表。1928年，默克公司发布戴明的中等版本的18列周期表的讲义版，此版在美国的学校广为流传。到了1930年代，戴明的周期表已经出现在诸多化学手册和百科全书中。萨金特-威尔奇科技公司（Sargent-Welch Scientific Company）也将此版本发行多年。

隨著現代量子力学對原子內电子排布理論的發展，科学家推論出表中每個週期（行）實際對應著電子層的電子填充。較大的原子有更多的電子亞層，因此後來的週期表需要更長的族表示元素。

提出新的元素週期表，以表示锕系元素對應著第二個f區殼層]]

1945年，美國科學家格倫·西奧多·西博格提出有關於锕系元素的理論，就如镧系元素一樣地填充f亞電子層。在這個構想之先，锕系元素被認為是對應填充第四行的d區殻層。西博格的同僚建議他不要發表這個頗為激進的理論，這或會毀掉他的前程。西博格认为自己並沒有甚麼事業生涯會遭受損害，便發表理論。這個理論後來被證實是正確的，他本人亦於1951年赢得诺贝尔化学奖，以表彰他對錒系元素合成的貢獻。

尽管少量的超铀元素会自然产生，由于许多超铀元素非常不稳定且很快衰变，所以即使成功合成，探测和描述其性质就是很大的挑战。此外，因为首个发现某元素的一方拥有对该元素的命名权，人们对某些新元素的发现顺序存在，需要第三方的独立审查。最新发现的一个元素是在2009年俄罗斯莫斯科州的杜布纳，一个美俄联合科学团队声明合成六个鿬（Tennessine, 117号元素）原子。鿬（117号元素）和鉨（113号元素）、镆（115号元素）以及鿫（118号元素）是最新命名的四个元素，2016年11月28日，这四个新元素的命名都得到官方认可。

为了庆祝元素周期表诞生150周年，联合国将2019年设为“国际元素周期表年”，庆祝“科学史上最伟大的成就之一”。

其它元素周期表
矩形
短式
File:Newlands periodiska system 1866.png|紐蘭茲1866年八度元素表
File:Mendelejevs periodiska system 1871.png|門捷列夫1871年元素週期表
File:ShortPT20b.png|現代短式八族元素週期表
File:Deming's PT 1923.png|1923年戴明元素週期表

长式（32列周期表）
现代周期表有时会将f区元素恢复到其自然位置（在s和d区元素之间），拓展为长式周期表（32列周期表）。与18列周期表不同的是，这样的排列使得「递增的原子序列不会间断」，f区元素和其他区元素的关系也会更加容易看出。学者担心，学生们在使用现有的18列周期表时可能会将镧系和锕系忽略掉，误认为它们是不重要的元素，因此提倡使用32列周期表。尽管有这些优点，长式周期表仍因其形状过宽，加之及化学家对（由西博格引入的）现有形式更熟悉而未被广泛使用。

三角形
File:Bayley's PT.png|1882年貝利元素週期表
File:Kapustinsky's PT 1953.png|卡普斯汀斯基三角形或階梯金字塔元素週期表的重繪1953版本。

連續形
包括圓形、螺旋、雙紐線、螺旋周期表等等。
本節所示的克魯克斯雙紐元素週期表包含以下相互關聯的元素：

錳與鐵、鎳和鈷的搭配後來出現在 1918 年現代馮·比肖夫斯基周期表，位於本文的非保密部分。

其它结构
元素周期律可以以多种方式呈现，经典的元素周期表只是其中一种。

在1869年門得列夫的週期表出現後的100年之中，人们出版了遠超700種週期表。

除了數種矩形週期表外，也有不少種其他形狀結構的週期表，如圓形、立方體、圓柱、建築物、螺旋形、双扭线、八角柱、金字塔錐形、球形、三角形等。這些不同版本的週期表常是為了彰顯或強調各種元素在傳統的元素週期表中不明顯的化學或物理性質而打造的。 碱金属
碱土金属
镧系元素
錒系元素
过渡金属 貧金屬
类金属

非金属元素
稀有气体
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在1960年製作的元素週期表是個广泛传播的螺旋形元素週期表。表中的元素被安排成連續的螺旋狀，氫元素位於中央，而過渡元素、鑭系及錒系元素則位於圖中突出的「半島」部分。

多數元素週期表是二維的，瑞格理“分层系统”（Wringley's Lamina System，1949年）、
的“螺旋型周期表”（Periodic helix，1965年）及“杜福尔树状周期表”（Dufour's Periodic Tree，1996年）。甚至有人曾建立出「四維」的週期表，如蒂莫西·斯托（Timothy Stowe）的“物理学家的周期表”（Physicist's Periodic Table，1989年），当中包含了三個空間維度和一個色彩維度。

各式週期表可依照其更强调物理性质还是化学性质而进行归类。例如，雷那·崁漢（Rayner Canham）「不規矩」的“無機化學家的元素週期表”（Inorganic Chemist's Periodic Table，2002年）着重元素的化学性质，強調趨勢與規律，以及元素不尋常的化學關係與性質。强调物理性质的則有夏尔·让内的“左階元素週期表”（Left-Step Periodic Table，1928年)，其結構清楚顯示了電子填入電子層的順序和量子力学性質的緊密關係。阿爾珀曾提出類似的电子亚层周期表的想法，但被批評為「忽視了週期表展示物理及化學周期性的需求」。而目前最常被使用，且最廣為人知的标准週期表則介于以上两者之间，人们認為它在表達各種物理性質（如電導率和熱導率）的趨勢时更清楚，在阐释如氧化数等可以簡單地以實驗室內常用的傳統方法推得的化學性質也简单明了。此週期表融合了其他周期表的各種特点，大小和形狀易於建構，對原子序及週期性的描述淺顯易懂，因而最为广泛接受。

File:ADOMAH periodic table - electron orbitals (polyatomic).svg|ADOMAH長元素周期表
File:The chemical elements and their periodic relationships.svg|捲曲絲帶連續元素周期表
File:Mendeleev flower.jpg|四循環連續元素周期表
File:Partially disordered PT.png|部分無序未分類元素周期表
File:Hackh's PT (1918).png|簡短9/11欄元素周期表
File:Notes to Hackh's PT (1918).png|簡短9/11欄元素周期表筆記
File:Periodic table (spiral format).SVG|螺旋元素周期表
File:Periodic ziggurat part 1.png|古蘇美古金字塔神塔未分類周期表
File:Periodic ziggurat part 2.png|古蘇美古金字塔神塔元素周期表筆記
File:4DPeriodicTable.png|4D Stowe-Scerri空間元素周期表

现存争议
氢与氦的位置
如果單是按照氢和氦兩者的电子排布來看，氢（电子排布為 1s1）和氦（1s2）應分別置於鋰（1s22s1）和鈹（1s22s2）兩者之上。相對於氢會較常使用這種排列方式，氦的位置卻甚少以此方式排列。原因可以追溯至1900年代：當-{zh-cn:稀有气体（当时称为“惰性气体”）; zh-tw:惰性氣體;zh-hk:貴氣體（惰性氣體）;zh-sg:惰性气体;}-被首次發現時它们被称为「第0族」，反映出當時並無發現這一族元素有任何化學反應。氦之所以會置於該族之上，是因為它確實具有此族元素的極端化學惰性。後來當這一族元素更名為「第18族」元素後，許多作者仍照舊把氦置於氖的上方，其中包括國際純化學和應用化學聯合會的周期表。

氫的化學性質與第1族的鹼金屬並不相似，因此有時會把氫置於其他位置。其中一种常见的排列方式是将氢放在第17族（鹵素）之上另一個方案是將氫放在第14族之上，也就是碳的正上方，這麼做可以保持週期表中的電離能及電子親合能的遞增性，並且與電負度的趨勢也不致相差太遠，但是此方案的主要問題在於氫無法如其他第14族元素一般存在穩定的4價態。最後，有些週期表將氫從各族中分開來獨立放置，因為氫與其他各族的常见性質都不完全相同。

而現時，除了依傳統把第1週期的另一個元素氦置於第18族之上以外，（如前文所指，因其的極端惰性與氖及氬十分相似），有時候氦也會被獨立放置，因為氦的表層軌域只有2個電子而其他稀有氣體則有8個。此外依照现在的推测，氦会比氖更為活泼，这会打破第18族當中，越重的元素越活泼的趨勢（氖的電子組態是[He]2s22p6，而氬的是[Ne]3s23p6，依此類推）。

IIIB族与第6、7周期上的元素
因为历史上镧系元素在表中的位置一直无法确定，加上f区元素的范围一向存在争议。尽管钪和钇一直都是第三族元素的前两个，但接下来的两个所屬元素仍有待商榷。一般認為它们是镧和锕，但有時被認為是镥和鐒。有人声称这样的争议证明，“将周期系统分拆为明确划分的区块是错误的”。第三种排列方式則将整組镧系元素和锕系元素全部放入IIIB族。 但大多数元素周期表制作者对此則抑或不置信，抑或不了解，绝大部分活跃的化学家对此争议毫不知情。2015年12月，國際純化學和應用化學聯合會成立了一个项目，并建议那个位置要么是镧和锕，要么是镥和铹。

镧与锕
镧和锕通常被描述为剩余的第3族元素。研究指出这种布局起源于20世纪40年代，其排列依据是元素的电子构型和区分电子的概念。铯、钡和镧的构型是[Xe]6s1、[Xe]6s2和[Xe]5d16s2。因此，镧具有5d分化电子，这使其“在第3族中作为第6周期的d区的第一个成员”。然后在第3族中可以看到一组一致的电子构型： 钪 [Ar]3d14s2、钇 [Kr]4d15s2和镧[Xe]5d16s2。还是在第六周期中，镱的电子排布是[Xe]4f135d16s2，而镥为[Xe]4f145d16s2，“导致4f的电子分化，并且将镥牢固地确定为第6周期的f-区块的最后一个成员”。

在化学行为方面，以及第3族关于熔点，电负性和离子半径等性质的趋势，钪、钇、镧和锕类似于它们的1-2族对应物。在该变体中，f区块元素的最常见（三价）离子中的f电子的数量始终与它们在f区块中的位置匹配。例如，前三个f-区元素的三价离子的f-电子计数是Ce为1，Pr为2和Nd为3。

镥与铹
在其他表格中，镥与铹是剩余的第3族元素。早期人们用化学方法分离钪、钇和镥，其理论依据是当时人们认为这些元素一起出现在所谓的“钇族”中，而镧和锕一起出现在“铈族”中。至于铹，其气相原子电子构型在2015年被确认为[Rn]5f147s27p1。无论铹是在位于f区还是d区中，都会造成周期表的元素异常排列问题。因为唯一可能适用的p区块位置已被预留给了鉨，人们预测它的电子排布是[Rn]5f146d107s27p1。

参见

  • 化學元素豐度
  • 元素的电子组态列表
  • 元素收藏
  • 元素列表
  • 化学序
  • 标准模型
  • 核素圖
  • 化學元素發現年表
  • 擴展元素週期表

注释
参考文献
引用
来源
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拓展阅读
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外部链接

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