蘇我 屠自古，夷益肆，吾亦思，一酒一柩罢夷凌。 初中老师会提到，元素周期表上同一竖排的元素性质相似，同一横排的元素化学性质有规律，元素最高化合价等于元素的最外层电子数，这时候偷着读了高中化学书的你一定会去为难老师： “老师，为什么同一竖排的元素，氧是非金属，钋就变成金属了啊？” 高一的老师会提到，元素周期表上同一竖排的元素，自上而下金属性变强；金属会使用最外层和一部分次外层电子充当价电子——但是偷着读了化学选修三的你又开始为难你的老师了： “老师，为什么铁经常只失去一个次外层电子啊，为什么不是两个、三个、四个呢？” 高二的老师讲选修三的时候，会讲到 spdf 轨道，同时告诉你一条轨道全空、全满、半满最稳定，还会给你讲构造原理，然后你知道了三价铁的d5 构型稳定——但是很快偷着读了些奇怪的书的你又开始为难老师了： 老师，为什么硒酸氧化性比硫酸强这么多啊？ 大学的化学老师会和你讲，硒的次外层是 18 个电子，硫的次外层是 8 个电子，d 电子的屏蔽效应比 p 电子差很多，使得外层电子的有效核电荷数更多，因此硒很难形成 +6 价，这个又叫次级周期律——你举一反三，突然想起来 4d 的电子排列没有 3d 那么有规律，甚至出现了钯这种 4d10 的奇葩（这个其实是 4d5s 的能量差异问题）——很快你又开始为难老师了： 老师，为什么金是金色的，铯也是金色的，汞是液体，铅为什么 +4 氧化性这么强？ 后来你往下读了读《无机化学》，发现了镧系收缩，相对论效应和因此产生的6s2 惰性电子对效应，惊叹于这种神奇的操作之后你又开始为难老师了： 老师，为什么 Nd 最高化合价就 +3，它下面的 U 却能形成 +6 的化合物？ 后来你找到了本周公度的《结构化学基础》，发现 4f 轨道的半径特别小，而 5f 轨道半径大得多。你举一反三，想起了 Fe 的不稳定 +6 价和 Os 的 +8 价氧化物，又想起了 Pd 的 4d10 问题……然后过了亿阵，经过不懈的学习你又开始为难老师： 老师，103 号元素 Lr 为什么是 5f14 7s2 7p1 啊，6d 呢？ 老师，为什么 118 号元素之后的电子轨道是乱填的啊，6g1 为什么是碱金属啊？ 老师：滚蛋，你个博士生不会自己查论文吗。 然后你查到了Pekka Pyykkö的论文，知道了随着原子序数的增长，亚层之间的能量差异越来越小，元素周期律在 8 周期接近崩坏…… 不开玩笑了，回答一下题主的问题，其实化学元素 99.9%的性质的可以通过解核外电子的薛定谔方程来得知，它长这样： 这个方程描述了定态量子系统的物理性质，该方程的解就是定态量子系统的波函数。在化学上，波函数的绝对值平方就是某条轨道上的某个电子出现在某处的概率密度，即电子云密度。 显然地，中学化学不会讨论这种奇怪的东西，于是化学老师们贴心地为你准备了很多规律，当然，这些规律很可能站不住脚就是了，相应地，当你进一步学习化学之后，你会遇到更多奇怪的规律，原有的规律也会随着原子序数的增长而崩坏。 由于我们没法手算薛定谔方程，这些足够在日常生活 / 科研中使用的规律会大大方便我们的学习和工作，也不指望它们能万世不倒，因此对这些有限范围内适用并且被实验证实没什么太大差错的规则，记下来就好了。 化学元素周期表的所谓规律，其实只是中学化学范围内对其涉及到的有限知识的一种总结，关系类似于牛顿力学 / 相对论和量子力学，在一定的知识体系和知识范围内是对的。思而不学则殆！
