p区元素：类金属、卤素和稀有气体

元素周期表右侧的六列——第13至18族——构成了 p区，这里最后一个电子进入p轨道。s区和d区只有金属，而p区则是金属、类金属和非金属并存。构成生命的碳、氮和氧，用于电子产品的硅，以及空气中的氩都在这里，这使它成为周期表中最多样化的区域。

总体图景

p区元素的性质沿两个方向变化。

• 从左到右：原子越来越倾向于获得电子而不是失去电子，因此金属性减弱，非金属性增强。
• 从上到下：原子变大，外层电子更容易失去，因此金属性增强。

这就是为什么p区左下方（铝、锡、铅、铋）是金属，右上方（氮、氧、氟）是非金属，而在两者之间，一条类金属的对角线带从硼一直延伸到砹附近。

外层电子数可以由族序数得出：第13族3个（s²p¹），第14族4个，第15族5个，第16族6个，第17族7个，第18族8个（氦为2个）。

第13族：硼族

硼是类金属；铝、镓、铟和铊是金属。铝是地壳中含量最多的金属。它质轻，一层致密的薄氧化膜保护它免受腐蚀。镓的熔点约为30 °C，低到放在手里就会熔化，氮化镓是蓝光LED的关键材料。铟用于氧化铟锡，即触摸屏中的透明导体。

沿第13族向下，+1价相对于+3价变得越来越稳定，铊常形成+1价化合物。这是因为在重原子中，最外层的一对s电子不愿参与成键，这种效应被称为 惰性电子对效应。

第14族：碳族

碳是非金属，硅和锗是类金属，锡和铅是金属。这是同一族元素从非金属一直跨越到金属的最清晰的例子之一。

碳能与自身结合形成长链和环，构成数百万种有机化合物的骨架。根据原子的连接方式不同，纯碳可以是金刚石、石墨、石墨烯或富勒烯，这些同素异形体的性质截然不同。硅是地壳中含量仅次于氧的元素，主要以二氧化硅的形式存在于沙子和岩石中。超高纯度的硅晶体是计算机芯片和太阳能电池的基础。由于惰性电子对效应，铅在+2价时更稳定。

第15族：氮族

氮约占空气体积的78%，但N₂分子中的两个原子由极强的三键连接，因此这种气体相当不活泼。磷有白磷、红磷和黑磷等多种同素异形体；白磷活泼到在空气中会自燃。氮和磷是DNA和ATP不可缺少的元素，也是化肥的主要养分。砷和锑是类金属，铋是金属。砷作为毒药臭名昭著，但也出现在砷化镓等电子材料中。

第16族：氧族（硫属元素）

按质量计算，氧在地壳和人体中都是含量最多的元素。除了O₂之外，它还形成臭氧O₃，在平流层中吸收紫外线。硫是存在于火山周围的黄色固体，是生产硫酸的原料。硒和碲表现出半金属的行为，钋则是一种放射性金属。这一族的名称“硫属元素”（chalcogens）来自希腊语，意为“成矿者”。

第17族：卤素

氟、氯、溴、碘、砹和鿬构成第17族。“卤素”（halogen）意为“成盐者”，因为这些元素很容易与金属结合形成氯化钠之类的盐。

卤素原子有7个外层电子，只需再得到一个电子就能达到稀有气体的稳定结构，因此对电子的吸引力很强。这些单质的外观沿族向下稳步变化。

沿族向下，分子越来越大，分子间作用力随之增强，熔点和沸点也随之升高。

反应活性越往上越强。 氟是所有元素中电负性最高的，甚至能与玻璃和水剧烈反应。置换反应清楚地显示了这一顺序。把氯气通入溴化钾溶液，会释放出溴，溶液变成橙色：

Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂

溴则无法反过来置换出氯离子。F > Cl > Br > I这一顺序，反映了各元素吸引一个额外电子的能力强弱。

卤素就在我们身边：氯为自来水和游泳池消毒，牙膏中的氟化物有助于预防龋齿，碘被用作消毒剂，也是合成甲状腺激素所必需的。然而，这些单质气体和液体本身是有毒且具有腐蚀性的。

第18族：稀有气体

氦、氖、氩、氪、氙、氡和鿫构成第18族。它们的外层电子已满，长期以来被认为根本不会形成化合物，常被称为“惰性气体”。

这一观念在1962年被打破。在加拿大工作的英国化学家尼尔·巴特利特发现，六氟化铂（PtF₆）是一种强到足以从氧分子中夺走一个电子的氧化剂。他注意到氙的第一电离能与O₂几乎相同，于是让氙与PtF₆反应，得到了一种橙黄色固体——第一种稀有气体化合物。同年，另一个团队直接用氙和氟制得了四氟化氙（XeF₄）。此后又有XeF₂、XeF₆和氧化物XeO₃等许多氙化合物问世，后来还证明氪也能形成KrF₂之类的化合物。

较重的稀有气体原子较大，外层电子离原子核较远，因此电离能较低，形成化合物成为可能。目前尚不知道氦或氖有任何稳定的中性化合物。自这些发现以来，这一族被称为“稀有气体”或“贵气体”（极不活泼），而不再称为“惰性气体”（完全不反应）。

它们的用途都利用了这种低反应活性：

• 氦：气球和飞艇，以及冷却MRI扫描仪中的超导磁体。
• 氖：霓虹灯的红橙色光芒。
• 氩：焊接保护气和白炽灯泡的填充气体。它约占空气的0.93%，是最常见的稀有气体。
• 氪和氙：高强度灯具、部分汽车前灯，以及航天器离子发动机的推进剂。
• 氡：从土壤和岩石中渗出的放射性气体，可能在地下室中积聚，增加患肺癌的风险。

再谈类金属

p区的类金属——硼、硅、锗、砷、锑和碲——兼具金属和非金属的特性。最重要的是，它们的导电性强烈地依赖于温度和极微量的杂质。在硅中加入少量磷，得到具有多余电子的n型半导体；加入硼，则得到缺少电子的p型半导体。这种用第13族或第15族原子对第14族元素进行掺杂的技术，是一切现代电子设备的基础。周期表上的族序数，直接对应着半导体工程的设计规则。