行政区划和管理制度.docx
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行政区划和管理制度
第3章、行政区划和管理制度
08.内部规律
谈到王国的内部规律，即决定原子结构和产生原子特性的规律，需要把个人的观点暂时搁置一边。
这样说，是把问题看得有点严重了，因为可能有人争辩说主宰化学元素王国的规律要比主宰我们自身生命的规律简单得多；甚至有人可能争辩说这个规律比支配恒星、行星和其他一切看得见的所谓宏观物体的变化过程要简单得多。
量子力学象征着与过去的决裂，它代表着20世纪的科学。
量子力学对于了解周期王国的结构，解释王国的周期性变动，认识王国中各个领地为什么以特殊的方式排列着，都极其重要。
事实上，量子力学是阐明周期王国的关键。
如果我们要把以经验为主的各族元素关系图改进成更为实用、更为明了的图表，那就必然需要量子力学了。
量子力学是必需的，因为我们不可避免地要谈到原子，而微小的原子只能用量子力学的语言来说明。
根据量子力学关于自然现象的描述，能量只能以不连续的被称为量子的特定量值转变成某种客体，而不能像经典物理学家所推测的那样连续而平稳地转变。
此外，宏观世界中粒子和波动的区别已经消失，两种概念合二为一。
在量子领域中，可以认为物体具有粒子和波动的双重属性，而且根据人们观察的方式，总有这样或那样的描述比较合适。
周期王国受这种不连续性以及波粒二相性支配，为了了解王国的制度和管理机构，我们需要接受上述看来似乎有些古怪的概念。
我们用王国中的一颗卵石表示某种元素的一个原子，我们已经知道，这颗卵石是极其微小的实体，其中的空隙比实际物质要多。
具体地说，原子中心含有一个结实而微小的原子核，原子核周围几乎是真空空间，然而这一空间并非完全是真空的，其中弥漫着自然界（对化学来说）最重要的一种基本粒子，即电子。
因此，某种元素最初的原子简图就是由电子云包围着原子核的微粒。
19世纪初，曼彻斯特一位名叫约翰·道尔顿（JohnDalton）的中学教师，用实验方法仔细分析互相化合的一些物质质量，首先证实了原子的存在。
他虽然没有直接的证据说明原子的存在，但他从测量结果推断出在化学变化中含有某种不变的实体。
现在，我们拥有大量实在的关于原子的直接证据。
我们的仪器主要是精心改进的显微镜，可以把原子完完全全地展现在眼前。
19世纪末20世纪初，人们经过一系列实验，已经测定出原子的内部结构。
在剑桥大学工作的J.J汤姆森（J.J.Thomson）证明，电子是物质普遍的一种组成成分。
他使用一种仪器，即现代电视机显象管的前身，证明了可以把任何元素的某种基本粒子显示出来。
这种基本粒子称为电子。
此后，经过一段时间，又测定出电子的质量和它的负电荷。
从某种意义上讲，整个王国是由电子覆盖着的，我们将会看到，电子的不同排列方式决定了元素的不同特性。
这里（如氦的领地），电子是两两成组；那里（如镁的领地），电子是12个聚集在一起。
法拉第一定曾为这一发现而欣喜万分，因为这位电学方面的头号奇才深信，电与物质结构是以某种方式密切联系的。
最后，电解法的研究表明，通过电流，可以使物质变成不同类型的物质。
由于汤姆森的工作，人们明白了电子无所不及，物质是由电子以某种方式构成的，电流仅仅是一连串的电子在流动。
最初发现电子时，关于电子及电子对原子结构的作用，存在两个意味深长的问题。
其一是在一个已知的原子中，究竟有多少个电子。
因为人们知道1个原子比1个电子要重几千倍，所以，即使是最简单的元素氢，它的原子也可能是由数以百计的电子构成的。
我们现在知道，事实上在这个按宇宙进化应属于旧石器时代的元素氢中，只有1个电子。
第二个问题是，原子中必须有正电荷，才能使整个原子呈不带电这一自然状态。
那么，关于这个问题，是像汤姆森认为的那样，正电荷的基本状态犹如胶冻，其中隐含着成百上千的电子？
还是它颇有几分结构并十分复杂呢？
原子不带电虽是一种自然现象，但是这个现象却比较复杂。
1910年，欧内斯特·卢瑟福（ErnestRutherford）以他卓越的实验才能着手解决王国中卵石的结构问题。
卢瑟福在学生汉斯·盖革（HansGeiger）和爱德华·马斯登（EdwardMarsden）的帮助下，测试了α粒子。
这是一种极微小的粒子，可由重元素在金箔上的放射性衰变产生。
他原以为这样做时会像把牛奶冻扔到涂有牛奶冻的墙壁时那样，牛奶胶粒混入墙壁上的牛奶胶粒，但他后来回想说：
“这是我一生所发生的最不可思议的一件事。
”实验结果出乎意料，就像当时流行的一句话：
“你对着一张棉纸发射十五英寸口径的炮弹，结果炮弹反而射中了你自己。
”假定上述的是一些胶粒，那么这些胶粒具有特殊的反射能力。
卢瑟福仔细考虑实验结果后得出一个看法，即正电荷不是质地柔软的胶质球体，而是一个非常结实、非常集中的核心，原子的其余大部分空间是真空。
1911年，核型原子诞生了。
在这一模型中，原子中心有一个微粒状、大而重的原子核，它集中了原子的正电荷及几乎整个原子的质量，原子核周围的稀薄电子云中有足够的电子可以抵销原子核的全部正电荷。
王国中的每一颗卵石都是一个带核的实体，一个带电的微粒控制着几乎是真空的空间。
卢瑟福能够估算出金原子核的正电荷，并得出几十个单位电荷的电量。
于是他断定，原子中并没有成百上千的电子，最多只有几十个电子。
这一数字被卢瑟福的另一位学生、年轻的物理学家亨利·莫塞列（HenryMoseley）用不同的观测方法测量出来。
莫塞列对原子发射的X射线的特性进行了研究，计算出原子核的正电荷。
他可以用这种方法测定出原子中心有条不紊的顺序数，即元素的原子序数，后来被认作是原子核的单位正电荷数。
我们知道，氢的原子序数为1，所以它的原子核带有1个单位的正电荷，并被1个电子环绕着，抵消了它的核电荷。
碳的原子序数为6，它的原子核带有6个单位的正电荷，因此只有6个电子围绕它才形成一个中性原子。
王国南部海岸卵石的原子序数为100左右，所以它们所带的电子也在100个左右。
大约就在这个时期，已有可能通过实验精确测定原子核质量。
一个多世纪以后，道尔顿关于某一元素所有原子都相同的观点，终于可以由试验加以证明。
令人意想不到的是，试验结果证明道尔顿的推测是错的。
人们发现某个元素的原子质量有一系列值。
这些质量不同但却属于王国同一领地的原子，被叫作同位素（isotopes），源于希腊文“相同的位置”一词。
有些元素，特别是轻元素，含有1个，最多2个或3个同位素；但王国南部较重的元素却常常含有12个左右的同位素。
显然，正如我们已推测的那样，元素的原子质量并非其基本特性。
某种元素的一个原子只具有一个表示其特性的原子序数，而它的质量却可以在一定范围内变动，这一认识使我们能进一步了解原子核的内部结构，即原子核由一些更小的微粒构成。
这样，就形成了一种模型，每个原子核包含一组带正电荷的基本粒子，叫作质子，其数目等于元素的原子序数。
例如，氢的原子核含有1个质子，碳的原子核含有6个质子，铀的原子核含有92个质子。
这些质子的数目不变，质子数目一旦改变，元素也就不同了。
质子数是识别元素性质的唯一合格的参量。
然而，我们还知道，每一种元素的原子核可能含有数目不等的中子，除了不带电，中子几乎和质子一样，它也是一种基本粒子。
原子核内的中子数不会使元素性质发生变化，但却能使元素的原子质量发生一定变化。
原子核内的中子数一般与质子数相近（通常稍多一些），但有时也有些变化。
例如，碳的原子核内除含有6个质子，一般含有6个中子，但现已得知，也存在含有7个和8个中子的碳的同位素。
在王国的南部，中子数的变化幅度逐渐增大，同时，中子所占的比例也逐渐增大，这是富含质子的原子核得以牢固结合所要求的。
例如，在铀的领地，原子核中有92个质子，大约伴有150个中子，最常见的是146个。
现在我们可以了解，为什么原子量大致与王国的周期性相关，但又为什么有时会产生误差。
首先要指出的是，元素的许多特性决定于原子核周围的电子数目及电子的排列方式，原子核外的电子易于重新排列，而且有些电子容易丢失。
因为原子的电荷等于零，原子所含有的电子数必然等于原子核内的质子数。
于是我们可以推测元素特性与其原子序数之间存在着某种联系。
然而，某种元素，其原子核内的中子数与原子序数相比虽略有超出，但大体上也随原子序数同步增大。
因此，当核外电子数增加时，核内较重的质子和中子总数也增加。
由于原子核内质子和中子的总数决定着原子质量，所以可以知道，当核外电子数增加时，原子质量也加大。
结果是，原子核外的电子数（和元素特性）与原子质量之间存在着相关性。
然而，有一个值得注意的细节，即除了特殊情况外，某一“原子量”的测定结果并不就是单个原子的质量。
我们通常测定试样的平均原子质量，而试样中含有若干不同的同位素。
由于试样的平均原子质量不能保证与原子序数准确地同步增大，所以我们可以预料，在反映原子质量的王国地势图上会略有误差。
正如门捷列夫不得不承认的那样，元素特性与原子量之间的相关性并不精确。
他承认某些测定数值不正确。
但我们从认识原子核后的观察高度考虑问题，就能了解上述误差产生的原因并对这些误差进行解释。
09.外部规律
现在，我们该把注意力转向更为广泛的领域，即电子所占据的区域，也就是转向化学作用的范围，在这里，人们可以发现王国元素之间差异和相似的原因所在。
当人们想到原子，想到那些微小的电子就像行星环绕着太阳运行那样，环绕着原子核作轨道运行时，一定会对一幅令人钦佩的直观的图形记忆犹新，那是由一位日本物理学家于1904年提出的。
不过，当时仅仅是原子结构概念形成的早期阶段，随着量子力学的出现，这幅图就被另一完全不同的图取代了。
由于电子具有波动的特性，这幅描述物质特性的新图形认为电子不可能有严格的轨道。
我们在这里所要讲述的模型，是由奥地利人欧文·薛定谔（ErwinSchrdinger）于1926年正式提出的，除了若干改进外，它一直延用至今。
在现代的氢原子图中，原子核外有一个电子，它像一个球状的云团环绕着原子核。
可以认为，云团在某处的浓度表示电子在该处出现的可能性。
原子核上的电子云最浓，越向外电子云越稀薄。
所以，在原子核上发现电子的可能性最大。
云状的电子分布称为原子轨函数，选择“轨函数”这一名称，是为了表示电子的运转不如行星“轨道”那样精确。
对这里所说的“不精确”，不应当误解。
任何一点的电子云密度都可以准确计算出来，所以可以准确地认识轨函数的形状。
所谓“不精确”指的是根据电子所在位置来描述轨函数①。
我们对电子云的某个特定点上是否真有电子存在，并没有把握，我们所能做的只是指出在电子云的哪个方位上可能存在电子。
有些人断言，这种不精确表明我们对所研究的对象并未完全了解。
不过，另一种较为宽容的说法是，传统的原子图使我们误认为我们能更为详细地了解实际情况。
依我看，较好的做法是，认识到量子力学可以说明我们对周期王国能了解到哪些情况，而由于过分的渲染使我们误认为经典力学能使我们对周期王国了解到哪些情况。
氢是周期王国中所有原子的典型，但在进一步对氢进行讨论之前，我们还需要一些资料。
首先，我们必须知道，氢的球形轨道称为s轨道。
虽然，可以认为s代表球形（spherical）一词，但这仅仅是巧合。
实际上，选用s与分光镜有关，因为氢的光谱线非常强烈，s代表“强烈”（sharp）一词。
其次，我们必须知道轨道有多种形状，即使是球形的s轨道也是多种多样的，例如，如果向氢原子内加入足够的能量，则原子中的电子就会膨胀为第二种s轨道（见图12）。
如果第一种轨道称为1s轨道，那么，当然就应该把第二种称为2s轨道。
当氢原子的电子具有2s构型时，我们说电子占据2s轨道。
如果向氢的原子内加入更多的能量，它的电子会继续膨胀，直至占据3s轨道。
这时，有一个小的中心云团，然后接连有两个云团密集的同心层，按此接续下去，直到电子占据能量更高的ns轨道。
现在我们遇到复杂的情况了。
我们要了解周期王国的结构，就必须掌握其中的一种复杂情况。
当氢原子的电子获得足够的能量占据2s轨道时，还能形成一个形状完全不同的云团，即p轨道（见图13）。
根据p轨道两个叶片状云团在想象中的X轴、Y轴或Z轴上的所在位置，它又可以分为三种，即2px轨道、2py轨道和2pz轨道。
p轨道有一个有趣但似乎并不重要的特性，不过随后我们将看到这个特性对王国结构来说却是个关键。
那就是，有一个想象的平面将p轨道的两个叶片状云团一分为二，在这个平面上不可能有电子出现。
这个平面称为节面。
s轨道没有这样的节面，由s轨道所描绘的电子可能就出现在原子核上。
而每个p轨道都具有节面，但在原子核上却找不到占据p轨道的电子。
我们将了解到，从这些微小的差异中却可以产生巨大的王国。
当向氢原子中加入足够的能量时，它的电子能占据3s轨道。
用同样的能量，也可以使氢原子的电子占据三种3p轨道中的任何一个。
所谓3p轨道实际上就是上述2p轨道膨胀后的变型。
如果向氢原子中加入的能量很大，它的电子还会有更为复杂的分布形式。
这时，能量增加使电子获得自由度，结果，电子能以五种四叶片状云团中的任何一种形式分布，称为d轨道。
为什么有五种这样的d轨道，而且只有五种，关于这个问题很难用图象去证明。
对氢原子中可能存在的电子分布模式，我们现在应该清楚了。
电子拥有最低能量的状态称为原子的基态，这时电子遵循1s轨道作云团状分布。
电子拥有较大的能量时，它的分布范围膨胀为较大的2s轨道，或者电子可以占据三种2p轨道中的任何一种。
当向氢原子加入的能量更大时，电子将占据3s轨道及三种3p轨道中的任何一种轨道，或占据五种3d轨道中的任何一种轨道。
向氢原子中加入的能量比上述情况更大时，这一系列将延续下去。
电子遵循的分布方式是：
球状的4s轨道，三种双叶片状4p轨道中的一种，五种四叶片状4d轨道中的一种，或七种六叶片状轨道中的一种。
六叶片状轨道称为f轨道。
这样的叙述可以继续下去，不过现在我们不必再往下讲了。
①
人们可能不明白，既然宇宙中发现的每一个氢原子几乎都是以基态存在的，为什么我们还要长篇累牍地讨论激发态的氢原子呢？
周期王国中有110块不同的领地，其中只有1块领地属于氢，而不同激发态氢的原子又很难发现，那么究竟周期王国的结构与不同态势的氢又有什么关系呢？
事实上，只要花费一点时间，稍微考虑一下某些字母和数字，就能明白以上的问题。
首先，考虑一下字母。
我们已经知道，氢原子1个电子所拥有的轨道，可以根据其轨道叶片状云团的数目而分别称为s轨道、p轨道、d轨道，或f轨道。
而这些字母正如我们所见到的那样，分别用作王国西部矩形地块、东部矩形地块、地峡和南部近海岛屿的正式名称。
这样使用字母并非巧合，不久我们将了解氢的难以认识的（至少是很难得的）高能区与周期王国之间的关系。
其次，考虑一下数目。
氢在基态下，只有1个轨道；在第一级高能状态下，有4个轨道。
现在，我们看看开始出现的一种关系：
第1周期有2种元素，即氢和氦；第2周期从锂到氖有8种元素，恰恰都是上述轨道数目的2倍。
的确，西部和东部矩形地块每一横排共有8种元素。
s地块中纵列的数目恰巧是某一给定能级的s轨道数目的2倍，p地块中纵列的数目则是某一给定能级的p轨道数目的2倍，这难道是巧合吗？
以d地块为例，就王国的每个周期来说，地峡中都相应地有10种元素，这恰好是某一给定能级的d轨道数目的2倍。
在王国南部的近海岛屿上，有些情况似乎难以理解，在这个f地块中，每一横排有15种元素，而不是本该按照某一给定能级下7f轨道所预计的14种元素。
不过，我们早已指出，有关这一地区元素排列的争论一直在激烈地进行着，岛屿与大陆的区域划分尚未解决。
王国第6周期的各个元素领地，也在争论范围之内，总数包括32个元素。
而这一数字恰好是这个地区内轨道总和数16（1＋3＋5＋7＝16）的2倍。
虽然对这里元素的排列方式尚有争论，但元素总数与所拥有的轨道数目之间却有着非常明显的相关性。
说到这里，我们似乎找到了发现王国“行政区划”的线索，至少就王国的行政机构布局，即地块的排列是这样的。
那么，激发状态的氢又与王国有什么关系呢？
这里，我们把各种论点汇集起来，引用一条新的特殊的规律，并揭示其错综复杂的关系。
丹麦物理学家玻尔（NielsBohr）最先想象出一个方案，称为合成原理。
化学家们根据他的方案，按照氢原子的轨道特性用逐一添加电子的方法组建周期王国。
他们设想先把一个电子放进像氢那样的1s轨道，然后再放进第二个电子，组合成带有2个电子的氦核。
如果我们用1s1代表氢的原子结构，其右上角的1代表轨道中的电子数，那么，氦的原子结构可以用1s2代表。
但这两种原子的1s轨道并不完全一样，因为氦的原子核所带的电荷较多，它把周围的电子云吸引得更为接近自己，但两者总的形状是一样的，所以这种表示方法是有意义的。
现在我们研究一下锂，这种元素的每个原子里有3个电子。
锂使我们认识到有关周期王国行政机构的两个重要事实。
第一，我们必须知道第三个电子不能加入到前两个电子所在的1s轨道中。
王国有一条像“诺亚的命令”那样的基本规律，它要求电子只能两个两个地进入轨道。
即根据奥地利出生的物理学家泡利（WolfgangPauli）1924年阐明的不相容原理，一个轨道中不能有两个以上的电子同时存在。
这是量子力学中一条非常深奥的原理。
这条原理可以表达得更为深刻，并追溯到时空结构所蕴含的基本原理。
在所有制约这个想象中的周期王国的原理中，不相容原理或许最为深奥，由于周期王国实际上并非完全虚构，所以这一原理也制约着现实中的王国。
至今还没有能够解释这个原理的图象，它就像手工雕刻的格言在石碑上流传下来，延用至今。
根据不相容原理，不允许3个电子排在一个轨道中，所以锂的原子结构不可能是1s3。
第三个电子进入轨道所需要的能量大于另外两个电子占据轨道所需要的能量。
我们立即可以明白，为什么我们涉及氢的高能状态是切题的。
根据不相容原理，增加的电子必然进入高能状态下的轨道。
然而我们遇到的问题是在第二能级的4个轨道中，即在2s轨道和3个双叶片状的2p轨道中，第三个电子可能占据哪一个轨道？
对氢来说，这4个轨道的能量相等，没有选择的余地。
但在不只有一个电子的原子中，这4个轨道所拥有的能量却并不完全相等。
对周期王国的解释取决于节面的存在，这是个关键。
回顾以上所述，一个s轨道上的电子能够非常靠近原子核，而其他任何类型轨道中的电子，特别是p轨道中的电子，都不能那样靠近原子核。
请记住这一点，并设想一下锂原子中2s轨道的电子分布。
锂在2s轨道上的电子分布基本上像一个云的壳层包围着2个电子，这2个电子占据着内层球状的1s轨道。
锂的2个内层电子有效地抵销了原子核所带的2个单位正电荷，结果，最外层的电子，我们称之为2s电子，只受到被部分抵销或屏蔽后剩下的电荷作用。
然而，2s轨道是内含密实核心的一个云团（见见图12），这意味着占据2s轨道的电子，直接穿射到原子核心并受到原子核全部吸引力的概率不等于零。
所以，就2s电子而言，原子核只是部分地受到屏蔽，穿透能力在一定程度上超过屏蔽效应。
现在我们想象一下占据2p轨道的2p电子。
这是一个因节面的存在而被原子核排斥在外的电子，原子核吸引力对它的作用更小，所以被原子核控制得并不牢固。
换句话说，由于屏蔽和穿透这两种相反的作用，2s轨道中的1个电子被原子核吸引得较紧，所以2s轨道的能量低于2s轨道的能量。
于是，锂的第三个电子，即最后一个电子，进入2s轨道，锂的总体结构为1s22s1。
有关王国西北海角的情况，值得重复一下，因为它给予我们那么多的知识。
自从汲取了王国西北海角的经验以后，我们立刻（唔，差不多是立刻）可以用合成原理解释王国其他地区。
首先，泡利不相容原理确定了轨道的占有方式，即任何一个给定的轨道不能由两个以上的电子占据。
其次，在屏蔽和穿透的共同作用下，一定等级的s轨道在能量上略低于同等级的p轨道。
引申一下，当可能存在其他类型轨道时，ns和np轨道在能量上都低于nd轨道。
依此类推，nd轨道上的能量低于nf轨道上的能量。
前面已经讲过，s轨道没有节面，原子核上可能有电子；p轨道有节面，电子被排斥在原子核之外；d轨道有2个相互交叉的节面，对电子的排斥力更大；f轨道有3个节面，对电子的排斥力也相应增大。
现在我们已充分懂得该怎样根据对王国的了解去旅行了。
我们拜访过锂，锂的1个2s电子围绕着由2个1s电子形成的内部核心。
我们用[Helium]（氦）或简单地用[He]表示这一与元素氦相似的内部核心。
这样，锂的电子结构可以表示为[He]2s1，这就强调了它像一个电子围绕着惰性气体氦状的核心。
构成铍的第四个电子可以加入到2s轨道中，因此可以预期铍原子的基态为[He]2s2。
调到此，2s轨道已经满载了（它只能容纳2个电子），我们也旅行到王国西部矩形地块的东边缘。
为了形成硼的5个电子的组合，下一个电子将成为3个2p电子中的一员，2p轨道的两个叶片正以稍高的能态等待着新成员的到来。
因此，硼的基态为[He]2s22p1。
这里有两个问题。
一个次要的问题是，3个2p轨道能量相等，只是它们的叶片在空间的方向不同，所以占据其中的哪一个轨道并不重要。
主要的问题是一旦p轨道开始被占据，我们发现自己已处于东部矩形地块的西边缘，开始进入p地块。
现在王国各地区命名的由来就清楚了。
这些地区的命名与电子陆续填充的轨道名称是一致的。
东部矩形地块有6个纵列，有3个2p轨道，每个轨道可容纳2个电子。
当我们从硼开始向东行走，经过碳、氮、氧和氟，每到一个领地就向3个2p轨道中增添1个电子，于是氖原子的基态结构为[He]2s22p6。
现在2p轨道已经满载，我们实际上到达东部矩形地块的东边缘。
为了在下文中简便起见，我们用[Ne]表示与氖相形似的电子排列。
在旅途中这里值得停留一下，以便导游为你指出两点。
一点是关于各族元素的编号。
我们记得王国两个主要矩形地块上各族元素的编号有时是从Ⅰ到Ⅷ。
现在我们知道这些号码恰好是最外一层轨道上电子的总数。
例如，锂（I族）在内核电子之外有1个电子，铍（Ⅱ族）有2个电子，硼（Ⅲ族）共有3个电子（2个s电子，1个p电子），依此类推直到最东部，那里的氖（Ⅷ族）有8个电子。
这种对原子最外层电子总数的表示方法使人更有理由坚持旧有的元素族表示法。
第二点是关于周期的编号。
我们已经知道，编号从最北边的1开始，向南逐渐增大。
周期的号码就是原子最外层轨道的等级数。
例如，在第一周期内（氢和氦），1s轨道被占据；我们已经知道，第二周期内最外层的是2s轨道和2p轨道。
在接下去的周期排列中我们可以预计电子占据的是3s，4s和依此类推的轨道。
因此，周期数就与原子的同心层状电子结构中轨道的等级一致。
现在我们再继续我们的旅程。
第十一个元素是钠，它有11个电子，比氖多1个电子。
然而氖的2s和2p轨道已经满载，所以新增添的电子不能进入这两个轨道。
的确，已没有同样等级的轨道剩余下来。
根据不相容原理，新增添的电子不得不去占据能量等级较高的轨道。
所以，由于穿透和屏蔽的作用，这个电子进入下一个可能占据的轨道，即3s轨道。
于是，我们可以预计钠原子的基态结构应是[Ne]3s1。
导游坚持让汽车在这里停一下。
王国的一大特征突然出现在眼前。
再加上1个电子，我们就看到一种结构，这种结构与我们早先经过的一个领地，锂的原子非常相似。
锂的结构是[He]2s1，即在惰性气体状的核心外面有1个s电子。
钠的结构是[Ne]3s1，也是即在在惰性气体状的核心外面有1个s电子，就是说，我们已经遇见原子结构的周期性：
王国中相似的电子结构在做周期性的循环。
的确，现在我们才能充分理解，钠和锂属于同一个元素族是因为它们的电子结构相似。
我们现在能够意识到，原子表现出的周期性变化是整个王国的基础，也是更深刻的周期性，即电子结构周期性的体现。
当汽车沿着这条想象中令人生畏的山脊边缘缓缓前进时，我们能够明白上述概念的真实性，这就犹如奇妙的景观展现在我们下方。
我们驶向第十二块领地镁。
它的基态结构是[Ne]3s2，可以预料它与北面在的近邻铍（[Ne]2s2）相似。
第十三个元素是铝，因为3s轨道已经满在载，它要增添的电子必然在3p轨道上。
因此，我们可以预料，铝位于东部地块的西边缘，它的结构为[Ne]3s23p1，在硼（[He]2s22p1）的正南方。
情况正是这样！
元素陆续地填补进东部矩形地块，直到氩，结构为[Ne]3s23p6，第三级的s和p轨道都已满载，我们又来22p1）到惰性气体的海岸平原。
王国中很少有几处景观比我们刚才看到的更令人惊
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