高中化學(xué)《原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)》素材1

1、第三節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)第一個稀有氣體化合物的發(fā)現(xiàn)在加拿大工作的英國年輕化學(xué)家巴特列特（NBartlett）一直從事無機(jī)氟化學(xué)的研究。自1960年以來，文獻(xiàn)上報道了數(shù)種新的鉑族金屬氟化物，它們都是強(qiáng)氧化劑，其中高價鉑的氟化物六氟化鉑（PtF6）的氧化性甚至比氟還要強(qiáng)。巴特列特首先用PtF6與等摩爾氧氣在室溫條件下混合反應(yīng)，得到了一種深紅色固體，經(jīng)X射線衍射分析和其他實驗確認(rèn)此化合物的化學(xué)式為O2PtF6，其反應(yīng)方程式為： O2PtF6O2PtF6 這是人類第一次制得O2+的鹽，證明PtF6是能夠氧化氧分子的強(qiáng)氧化劑。巴特列特頭腦機(jī)敏，善于聯(lián)想類比和推理。他考慮到O2的第一電離能是1175.7

2、千焦摩爾，氙的第一電離能是1175.5千焦摩爾，比氧分子的第一電離能還略低，既然O2可以被PtF6氧化，那么氙也應(yīng)能被PtF6氧化。他同時還計算了晶格能，若生成XePtF6，其晶格能只比O2PtF6小41.84千焦摩爾。這說明XePtF6一旦生成，也應(yīng)能穩(wěn)定存在。于是巴特列特根據(jù)以上推論，仿照合成O2PtF6的方法，將PtF6的蒸氣與等摩爾的氙混合，在室溫下竟然輕而易舉地得到了一種橙黃色固體XePtF6： XePtF6XePtF6 該化合物在室溫下穩(wěn)定，其蒸氣壓很低。它不溶于非極性溶劑四氯化碳，這說明它可能是離子型化合物。它在真空中加熱可以升華，遇水則迅速水解，并逸出氣體： 2XePtF66H

3、2O2Xe+O2+2PtO2 12HF這樣，具有歷史意義的第一個含有化學(xué)鍵的“惰性”氣體化合物誕生了，從而很好地證明了巴特列特的正確設(shè)想。1962年6月，巴特列特在英國Proccedings of the Chemical Society雜志上發(fā)表了一篇重要短文，正式向化學(xué)界公布了自己的實驗報告，一下震動了整個化學(xué)界。持續(xù)70年之久的關(guān)于稀有氣體在化學(xué)上完全惰性的傳統(tǒng)說法，首先從實踐上被推翻了?；瘜W(xué)家們開始改變了原來的觀念，摘掉了冠以稀有氣體頭上名不副實的“惰性”的帽子，拆除了人為的樊籬，很快形成了一個合成和研究新的稀有氣體化合物的熱潮，開辟了一個稀有氣體化學(xué)的新天地。元素性質(zhì)的周期性1核外電

4、子構(gòu)型元素的化學(xué)性質(zhì)很大程度上取決于價電子構(gòu)型。凡基態(tài)呈稀有氣體構(gòu)型，即填滿p電子(np6)構(gòu)型者是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的原子具有相當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)惰性。其它結(jié)構(gòu)的原子或獲取或丟失電子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)化學(xué)活性。各族元素外層能級都有相似的電子構(gòu)型。因而價態(tài)及氧化值相似、化學(xué)性質(zhì)相似。其中過渡元素，電子除填入(n-1)d或(和)(n-2)f軌道上外，常還有一兩個更易丟失的ns電子，因而它們既有共同的價態(tài)，又有各自的多種氧化態(tài)，可形成多種價態(tài)的化合物，而且它們常各自呈現(xiàn)獨特又美麗的顏色。2原子半徑關(guān)于原子半徑r， 按近代原子結(jié)構(gòu)的概念，核外電子呈幾率分布，因而原子的大小無明確界限。但在單質(zhì)和化合物中，元素的

5、原子常以化學(xué)鍵結(jié)合在一起，因此原子的半徑實際上根據(jù) 測定它們的核間距離的實驗結(jié)果推導(dǎo)而得。通常將同種相鄰原子形成單鍵鍵距之半定為共價半徑，在金屬晶體中則稱金屬半徑。周期表中同周期內(nèi)的主族元 素自左向右核電荷逐漸增加，各元素的最后一個電子都填充在最外層上，由于同層上電子屏蔽較弱，因此有效核電荷是明顯增加的，從而導(dǎo)致了原子半徑的明顯變 小；若自上而下按族遞增時，增加了電子層，而電子構(gòu)型基本不變，因內(nèi)層電子對外層電子的屏蔽較有效，因此有效核電荷的增加不顯著，原子半徑顯著增大。副族 元素自左向右遞變時，各元素的最后一個電子都填充在(n-1)層上，由于較內(nèi)層電子對外層電子屏蔽較強(qiáng)，因此有效核電增加不明顯

6、，因而大體上原子半徑變化不大。但當(dāng)次外層的d軌道全充滿時由于(n-1)d10的較大的屏蔽作用而導(dǎo)致原子半徑突然明顯增大。副族自上而下，有效核電荷增加不明顯，因而原子半徑基本不變。至于鑭系元素從左至右，各元素的最后一個電子都填充在(n-2)層上，由于內(nèi)層電子對外層電子的屏蔽較有效，因此有效核電荷增加很少，因此原子半徑略有收縮(約1pm)，但累計有14個元素導(dǎo)致鑭系原子半徑相近，加上電子構(gòu)型相似因而La系15個元素(常還包括釔)化學(xué)性質(zhì)相近。鑭系元素原子半徑的收縮(鑭系收縮)，又導(dǎo)致其后的元素與其相應(yīng)上一周期的同族元素的原子半徑非常接近，如Zr與Hf，Nb與Ta，Mo與W等，它們的化學(xué)性質(zhì)也極相近

7、，常以共生礦在地球共存，化學(xué)上分離它們具有一定難度。周期表中的原子半徑的周期性。3電離能與電子親合能在化學(xué)反應(yīng)中，各元素原子將得到或失去電子使自己的外層電子構(gòu)型變成穩(wěn)定的構(gòu)型，其得失電子的能力可用電離能(I)，電子親合能(Y)與電負(fù)性(X)來描述。電離能(I)指基態(tài)氣態(tài)原子或離子失去一個電子形成其相應(yīng)的氣態(tài)離子所需最低能量：Me(g)Me (g) e- 第一電離能I1=H1(正值) Me (g)Me2 (g) e- 第二電離能I2=H2(正值)顯然多級電離能有I1I2I3，它們皆為正值。同一周期中，自左向右元素的I1總體上由小變大，到稀有氣體時達(dá)到最大值，但會出現(xiàn)有規(guī)律的曲折變化，這與電子處于

8、充滿或半充滿時(s2，p3，p6，d5)的構(gòu)型較為穩(wěn)定有關(guān)，如I1(B)I1(Be)，I1(O)I1(N)等。同一主族內(nèi)自上而下元素的I1遞減。I1的周期性變化。電子親合能(Y)指基態(tài)氣態(tài)原子獲取一個電子成為氣態(tài)負(fù)離子時釋放的能量：A(g) e-A-(g) 電子親合能Y=-H當(dāng)負(fù)離子再結(jié)合電子成帶二個負(fù)電荷的負(fù)離子所釋放的能量為第二電子親合能(Y2)。一般Y1為正值即放熱過程，但由于電子與負(fù)離子間的靜電斥力，故Y2是負(fù)值，即為吸熱過程。實際上僅有少數(shù)元素能形成穩(wěn)定負(fù)離子，加之確定Y值較困難，因而這方面數(shù)據(jù)較少，且僅少數(shù)元素的電子親合能數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。4電負(fù)性一個原子既有得電子能力又有失電子能力，

9、當(dāng)它處于指定分子中時究竟傾向于得電子還是失電子呢？為統(tǒng)一說明原子在分子中的行為，鮑林(* LPauling(美)因在化學(xué)鍵和蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)方面的重要貢獻(xiàn)而獲1954年諾貝爾化學(xué)獎)。綜合了原子得失電子的能力，提出了元素電負(fù)性的概念。電負(fù)性是元素的原子在分子中吸引成鍵電子的能力。鮑林比較了A與B兩原子間的生成熱和AA，BB的鍵能數(shù)據(jù)，且指定F的電負(fù)性X=4.0，從而依此得出了其它元素的電負(fù)性。電負(fù)性越大的元素的原子在分子中吸引成鍵電子能力越大。在周期表中總變化趨勢是：同一周期元素，從左到右電負(fù)性加大，同一族元素，從上到下電負(fù)性遞減。因此，表的左下角元素電負(fù)性最小，右上角則最大，其余元素居中。電負(fù)性X的周期性變化。5金屬性元素的金屬性和非金屬性是指其原子在化學(xué)反應(yīng)中失去和得到電子的能力。自然，比較電離能I、電負(fù)性X的數(shù)值可判斷元素的這個屬性。凡I，X越小，元素的金屬性