第七章 周期表与元素性质.doc免费

第七章 周期表与元素性质 在第六章我们已经指出电子构型与原子物理性质之间的关系，其中曾特别提到原子光谱和电离能。然而，从化学的角度看，我们主要关心的是电子构型同元素化学性质之间的关系。而这种关系最容易由元素周期表来体现（见7.6节）。元素周期表诞生在一个世纪之前，当时人们尚不知道电子，就连原子和分子的存在也仍是一个争论的问题。周期表作为一种归纳已知元素化学性质并预言新元素性质的方法被提出来，到今天仍然是化学各个领域中最有价值的预示手段。 高中化学教材里所载近代形式的周期表是按照原子序数增加的顺序将各种元素横排在各周期之中；这些周期的长度恰好能够使得化学性质相似的元素一个落在另一个的下面而形成各个竖排的组或族。为了说明其中含义，让我们首先讨论周期表的结构。 周期表的结构——竖的关系 参看周期表，它包含着7个横排的周期（表7.1）。除最后一个横排外，每个周期都结束于0族稀有气体（2He、10Ne、18Ar、36Kr、54Xe、86Rn）。周期表从只含两个元素的特短周期开始，随后是两个各有八个元素的短周期。再其次的两个周期比较长，各含18个元素。紧接着是一个含有32个元素的特长周期，为了节省空间，其中14个元素（原子序数从58到71）被提出来成一横排放在周期表主体的下面。最后一个周期是不完全的，原则上它至少应含有32个元素，结束于原子序数为118的另一个稀有（惰性）气体（元素）。 表7.1 周期表的结构 周期 元素数目 起始元素 结束元素 1 2 3 4 5 6 7 2 8 8 18 18 32 － 1H 3Li 11Na 19K 37Rb 55Cs 87Fr 2He 10Ne 18Ar 36Kr 54Xe 86Rn － 为了说明周期表同一族元素的相似性，试考虑最左边的1A族元素。这些所谓的碱金属包括三种极为常见的元素（锂、钠和钾）以及两种相当稀有的元素（铷和铯）。所有这些元素都是质地柔软、银白色、极其活泼的金属。它们通常都贮存在油下以防止与空气中的氧发生反应。所有这些碱金属都能同下列物质发生激烈的反应： 1、氯 生成通式为MCl的盐类（氯化物）。 2M(s)+Cl2(g)→2MCl(s)； (7.1) M=Li,Na,K,Rb,Cs 2、硫 生成通式为M2S的盐类（硫化物）。 2M(s)+S(s)→M2S(s) (7.2) 3、冷水 生成氢气和金属氢氧化物MOH。 2M(s)+2H2O(l)→2MOH(s)+H2(g) (7.3) 与水的反应强烈放热，产生的氢气常常着火或爆炸。 在周期表右边的是另一个有名的元素族，即7A族的卤素。这一族的两个元素氟和氯，在室温与1大气压下是气体。在同样条件下溴是液体，碘是固体。所有卤素都是非金属。它们都形成稳定的双原子分子（F2，Cl2，Br2，I2，）。它们都能同下列元素发生反应： 1、钠 生成通式为NaX的盐类。 2Na(s)+X2→2NaX(s) (7.4) X=F、Cl、Br、I 2、钙 生成通式为CaX2的盐类。 Ca(s)+X2→CaX2(s) (7.5) 3、氢 生成通式为HX的气态分子型化合物。 H2(g)+X2→2HX(g) (7.6) 列于1A族的第一个元素氢自成一类，它也可以列于7A族的第一个元素。因为它表现出与卤素相似的某些化学性质。尤其是： 氢生成双原子分子H2，与F2、Cl2、Br2、I2类似。 氢同钠和钙反应生成化学式为NaH和CaH2（与反应7.4和7.5比较）的盐类（氢化物）。 另一方面，氢至少在表面上还类似于碱金属，生成分子式为HCl的氯化物和分子式为H2S的硫化物（比较反应7.1与7.2）。为此，它更多的被列入1A族。氢的这些不寻常的性质和它的电子构型1s1有关。从下述意义看，氢的这种结构是独一无二的：它和碱金属一样，只含有一个外层s电子，但又象卤素，仅缺一个电子就可形成稀有（惰性）气体的构型。 表7.2 卤素的性质 熔点（℃） 沸点（℃） 颜色 对H2的活泼性 F2 －223 Cl2 －101 Br2 －7 I2 +114 ―188 ―34 +59 +187 淡黄 黄绿 红棕 深紫 甚至在－180℃也要爆炸 25℃时反应剧烈 25℃时缓慢反应 200℃以下反应缓慢 虽然同一族元素表现出许多