高中化学-s区和p区元素
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s区元素的单质均为金属晶体;p区元素的中间部分,其单质的晶体结构较为复杂,有的为原子晶体,有的是过渡型(链状或层状)晶体,有的为分子晶体。
周期系最右方的非金属和稀有气体则全部为分子晶体。
总的来看,同一周期元素的单质,从左到右,一般由典型的金属晶体经过原子晶体、层状晶体或链状晶体等,最后过渡到分子晶体。
同一族元素单质由上而下,常由分子晶体或原子晶体过渡到金属晶体。
副族元素单质均为金属晶体.表9-5 主族及零族元素单质的晶体类型ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 零一H2分子晶体He分子晶体二Li金属晶体Be金属晶体B原子晶体C金刚石原子晶体石墨片状结构晶体富勒烯碳原子簇分子晶体N2分子晶体O2分子晶体F2分子晶体Ne分子晶体三Na金属晶体Mg金属晶体Al金属晶体Si原子晶体P白磷为分子晶体黑磷为层状结构晶体S斜方硫、单斜硫为分子晶体弹性硫为链状结构晶体Cl2分子晶体Ar分子晶体四K金属晶体Ca金属晶体Ga金属晶体Ge原子晶体As黑砷为分子晶体灰砷为层状结构晶体Se红硒为分子晶体灰硒为链状结构晶体Br2分子晶体Kr分子晶体五Rb金属晶体Sr金属晶体In金属晶体Sn灰锡为原子晶体白锡为金属结构晶体Sb黑锑为分子晶体灰锑为层状结构晶体Te灰碲链状结构晶体I2分子晶体Xe分子晶体六Cs金属晶体Ba金属晶体Tl金属晶体Pb金属晶体Bi层状结构晶体(近于金属晶体)Po金属晶体At金属晶体(具有某些金属性)Rn分子晶体单质的晶体结构和物理性质表9-5列出了主族及零族元素单质的晶体类型。
可以看出:s区元素的单质均为金属晶体;p区元素的中间部分,其单质的晶体结构较为复杂,有的为原子晶体,有的是过渡型(链状或层状)晶体,有的为分子晶体。
周期系最右方的非金属和稀有气体则全部为分子晶体。
总的来看,同一周期元素的单质,从左到右,一般由典型的金属晶体经过原子晶体、层状晶体或链状晶体等,最后过渡到分子晶体。
同一族元素单质由上而下,常由分子晶体或原子晶体过渡到金属晶体。
第53节过渡元素简介一、过渡元素简介过渡元素在元素周期表中的位置和外围电子层排布从元素周期表上可以看到,表的中部从ⅢB 族到ⅡB 族10个纵行,包括镧系和锕系,共有63种元素,这些元素包括了第VI 族和全部副族元素,人们习惯上把它们叫做过渡元素。
过渡元素的价层电子构型为1~101~2(1)ds n n (Pd 为0ns )。
在元素周期表中,它们处于s 区元素和p 区元素之间。
从性质上看,s 区元素的单质均为活泼元素,形成的化合物以离子型为主,其氧化数单一,离子没有颜色;p 区元素只有部分是金属元素,形成的化合物多为共价型,含有多种氧化数;d 区介于s 区和p 区之间。
因此,人们又称d 区元素为过渡元素。
它们分属于第四周期到第七周期,如图11-1所示过渡元素原子的电子层排布有共同的特征。
从图中可以看出,它们的最外电子层上都有1~2个s 电子(Pd 除外),随着原子序数的递增,增加的电子大多填充在次外层的d 轨道上其中镧系和锕系元素的原子,增加的电子主要填充在倒数第三层的f 轨道上,少数填充在次外层的d 轨道上。
过渡元素原子的外围电子层排布反映了它不同于主族元素原子的核外电子排布的特征。
例如,钪(Sc )的外围电子层排布为3d4s2,铀(U )的外围电子层排布为5f6d7s2。
过渡元素的许多性质,都跟它们的外围电子层排布有关。
二、过渡元素的通性过渡元素原子的最外层一般只有1~2个电子,在化学反应中较易失去,故它们都是金属元素。
相对于主族元素而言,过渡元素的特性及其性质变化规律主要表现在以下几个方面1.单质的物理性质过渡元素的单质有些是高熔点、高沸点、密度大、硬度大、导电和导热性良好的金属。
在金属元素中,熔点最高的是钨,密度最大的是锇,硬度最大的是铬。
例如:铂的密度是21.45g/cm 3,约是铝的8倍;钨的熔点是3410℃,是所有金属中最难熔的。
造成这些特性的原因是过渡元素的单质因原子半径小,采取最紧密堆积,原子之间除了有电子外,还用部分d电子参与成键,在金属键之外有部分共价键,因此结合牢固。
元素化学总复习s 区元素元素 同一族自上而下,原子半径增大,电离能、电负性减小,金属性、还原性增强。
单质 物理性质:轻、软、低(看一下保存方法)化合物 氢化物 制备 性质 水解放氢气(做生氢剂)氧化物:在空气中燃烧直接形成的相应的氧化物Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO BaO2制备方程式: 性质方程式:氢氧化物 LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中强 强 强 强 强Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2两性 中强 强 强 强同一族自上而下,碱性增强,溶解度增大盐 碱金属硝酸盐加热时易分解碱土金属碳酸盐的稳定性随金属离子半径的增大而增强。
BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3T 分 /℃ <100 540 900 1290 1360对角线规则Li 与Mg ,Be 与Al 的相似性p 区元素概述:惰性电子对效应:同一族元素这种自上而下低氧化值化合物比高氧化值化合物变得更稳定的现象。
(IIIA ~VA )p 区元素性质的特征(四个通性):(原因:d 区和f 区元素的插入) ①第二周期元素具有反常性②第四周期元素表现出异样性 溴酸、高溴酸氧化性分别比其二次周期性 他卤酸(HClO3 ,HIO3)、高卤酸(HClO4,H5IO6)强。
③最后三个元素性质缓慢地递变④ 第五、六周期两种元素性质有些相似。
(镧系收缩))(CaH 2Li/NaH ΔH 2Li/Na/Ca 22−→−+2222222H M(OH)O 2H MH H MOH O H MH +−→−++−→−+O 2Na 2Na O Na 222−→−+223N O 6K 10K 2KNO +−→−+222O Na O 2Na −→−+22KO O K −→−+22222O H 2NaOH O 2H O Na +−→−+22222O O H 2KOH O 2H 2KO ++−→−+)g (O CO 2Na 2CO O 2Na 232222+−→−+)(g 3O CO 2K 2CO 4KO 23222+−→−+2O22KNO 67032KNO 2O2NaNO273032NaNO 2O 24NO O 22Li 70034LiNO +−−→−+−−→−++−−→−硼族元素缺电子化合物:成键电子对数<价层轨道数 如:BF3,H3BO3但HBF4不是缺电子化合物硼的化合物:乙硼烷B2H6 B 利用sp3杂化轨道,与氢形成三中心两电子键。
S区、P区和D区的划分标准主要来自于化学中的价电子构型理论。
1. S区(Segregation Zone):这是由于元素在化学反应中,其外层电子的分布情况不同,导致其在化学反应中的行为也不同。
S区的元素通常是那些外层电子数较少,易于失去电子形成阳离子的元素,如碱金属和碱土金属。
2. P区(Transition Zone):这是由于元素在化学反应中,其外层电子的分布情况介于S区和D区之间,因此其化学反应性也介于两者之间。
P区的元素通常是那些外层电子数较多,易于接受电子形成阴离子的元素,如过渡金属。
3. D区(Diffusion Zone):这是由于元素在化学反应中,其外层电子的分布情况与S区和P 区都不同,因此其化学反应性也与S区和P区都不同。
D区的元素通常是那些外层电子数较多,难以失去或接受电子形成阳离子或阴离子的元素,如非金属元素。
以上是理论上的划分,实际上,元素的化学反应性还会受到其他因素的影响,如原子半径、电负性等。
第 三 部 分 元 素 化 学•熟悉元素性质与电子层结构的关系 •掌握单质和重要化合物的性质•了解它们在医药中的应用结束无机化学 2014/12/1 §12-15 : 2从上到下 半径增大 电离能减小 电负性减小第一节 s 区元素概述第十一章 s 区元素ⅠA ns 1 Li Na K Rb Cs ⅡA ns 2 Be Mg Ca Sr Ba碱金属 碱土金属从左到右,半径减小电离能增大 电负性增大除Li 和Be 外,多数金属形成离子化合物。
p273结束 无机化学 2014/12/1 §12-15 : 7NaHCO 3:小苏打,用于治疗胃酸过多和酸中毒; CaCO 3: 珍珠、钟乳石、贝壳的主要成分;Na 2SO 4·10H 2O : 中药称芒硝或朴硝,作缓泻剂; Na 2SO 4 :中药称玄明粉或元明粉,作缓泻剂; BaSO 4: 重晶石,难溶于水、酸、碱,能强烈吸收X 射线,因无毒用作胃肠造影剂之“钡餐”; BaCl 2:剧毒(致死量0.8g )。
CaSO 4·2H 2O 生石膏,内服清热泻火; CaSO 4· H 2O 熟石膏(煅石膏, 烧石膏)粉末遇水膨胀硬化,石膏绷带,外敷治疗烫伤疥疮等。
MgSO 4·7H 2O :又称泻盐,作缓泻剂。
四、重要的盐类 p28112结束无机化学 2014/12/1 §12-15 : 8 五、对角线规则 p282在周期表s 区和p 区,某元素与左上方或右下方的元素及其化合物的性质相似。
例如:Be 和Al 的还原性相近; Be(OH)2和Al(OH)3 均为两性;例如:LiCl,、MgCl 2 都是共价化合物; LiOH 、Mg(OH)2都是中强碱,微溶于水Li Be B C Na Mg Al Si结束 无机化学 2014/12/1 §12-15 : 9VIIA 族 n s 2n p 59F 17Cl 35Br 53I 85At一、卤族元素的通性 (p284)(1) 是非极性分子,难溶于水,易溶于有机溶剂及碘化钾溶液中:KI + I 2 = KI 3 碘酒(碘酊)(p306习题3) F 2→I 2 的熔点、沸点、密度增大。
s区和p区元素化学引言Introduction of the Chemistry of s and p Elements
周期系中的主族元素(the elements in the main subgroups)即为s区和p区元素。
每一周期(period)以两种s区元素开始,后面是六种p区元素(第一周期例外,只有两种元素)。
一、原子半径(Atomic Radii)、电离势(Ionization Energy)、电子亲和能
(Electron Affinity)和电负性(Electronegativity)的周期性变化
(见第七章)
二、s和p区元素的氧化态(Oxidation State of s and p Element)
1.外层s和p轨道之间的能量差
The Energy Difference (eV) of the Outer s and p Orbital in the Main Subgroups 2nd period Li Be B C N O F Ne
1.9
2.8 4.6 5.3 6.0 14.9 20.4 26.8
3rd period Na Mg Al Si P S Cl Ar
2.1 2.7 4.5 5.2 5.6 9.8 11.6 12.5
4th period K Ca Ga Ge As Se Br Kr
-- 5.9 6.7 6.8 10.4 12.0 13.2
5th period
In Sn Sb Te I Xe 5.2 5.8 6.6 8.8 10.1 - 6th period
Tl Pb Bi Po At Rn
(7)
(9)
(10)
(12)
(16)
-
(1) 同一周期元素的最高氧化态的稳定性从左到右降低,这是由于s 和p 轨道之间的
能级差增大,因此失去n s 2电子的机会减少,例如第三周期:
ΔE 3s ~3p :Si(5.2eV),P(5.6eV),S(9.8eV),Cl(11.6eV)
∴ -
---4243444ClO SO O P SiO 、、、的稳定性从左到右降低
(2) ΔE 3s ~3p <ΔE 4s ~4p >ΔE 5s ~5p 可以解释实验上发现如下稳定性序列:
PCl 5>AsCl 5<SbCl 5,SF 6>SeF 6<TeF 6,-4ClO >-4BrO <-
4IO
(3) ΔE 6s ~6p 的值特别大,所以6s 2电子很难参与形成化学键,这种效应称为“6s 2惰性
电子对效应”(inert 6s pair effect )
2.通常周期系中奇数族元素的氧化数为奇数,偶数族元素的氧化数为偶数
+3+5+7
+1, 1E
n s
n p
E
n s
n p
+4+6
+2, 2
三、s 和p 区元素的配位数(Coordination Numbers of s and p Elements )
1.Fluoro and oxy complexes of selected elements) 2nd period -24BeF
-4BF
4CF +4NF
3rd period -
36AlF -26SiF -6PF 6SF
+6ClF
4th period -36GaF -26GeF
-6AsF
6SeF
2nd period -33BO
-
23CO -
3NO
3rd period -44SiO -34PO
-
24SO
-4ClO
4th period -44GeO -
34AsO -
24SeO -4BrO
5th period
-86SnO
-76SbO
-
66TeO
-
56IO
-
46XeO
主族元素从上到下,配位数增大;同种元素与不同配体配位,配体体积越小,配位数
越大。
2.共价化合物的分子轨道理论(The theory of molecular orbital of covalent compounds )
(1) s 、p 区元素的价轨道(valence orbital)是外层能级,即n s 、n p 轨道.虽然从第三周期开
始,元素有相应的n d 空轨道,但计算表明n d 轨道所处能态相当高,以致形成化学键的可能性相当小。
(2) 以SF 6为实例
2p
3p 3s σ non
σs σp
E
σp *σs
*SF 6
6F
S
Fig. 1 Energy diagram of the orbitals of the octahedral SF 6 molecule
分子轨道中SF 6十二个价电子为 (σs )2 (σp )6 (σ non )4
(3) 为了解释s 、p 区元素共价化合物的性质,提出了两中心轨道和三中心轨道模型。
a .两中心两电子键(two centre two electron ):由中心原子(A )轨道上的未成对
电子与配位原子(L )轨道上的未成对电子形成。
即为电子配对法中的共价键和分子轨道中的σ键。
由分子轨道理论可知:
Fig. 2 Diagram of the molecular orbitals of a Fig. 3 Diagram of the molecular orbitals of a
two-centre two-electron reaction three-centre four-electron interaction
b .三中心四电子键(tree centre four electrons ):是由中心原子的一对成对电子
对和二个配体(直线排列)的两个未成对电子形成的
再如:BeH 2
(a) (b)
Fig. 4 (a) Energy diagram of the orbitals of (a) BeH 2 molecule and (b) a scheme of their formation
BeH 2
XeF 2
F
Xe F
+σ non
σ
σ*++
+
++
++
Fig. 5 Three-centre orbitals in the XeF 2 molecule
c .三中心四电子键又称为超共价键(hypervalence bon
d )
(i) 可以解释VA → 零类主族元素形成配位化合物的结构和配位体数目,即解释配位数高于中心原子的未成对电子数。
例如ClF 3、ClF 5、XeF 2、XeF 4、XeF 6
(ii) 超共价键的形成使中心原子上的电子密度向配体上移动,电负性越强的原
子作为配体越有效。
这就解释了为什么高氧化态的氟化物、含氧化合物稳定。
(iii) 若中心原子的电离势越低,则共价键越强,即中心原子的电子密度越易移
向配体。
这就解释了为什么有SF 4、SF 6,而没有OF 4,更无OF 6;有PF 5和NF 3,而无NF 5。
d .第二周期共价键的另一个特点是形成p -p π键,但这种键不是第三周期以及后
面周期元素的特性。
这是因为随着原子序数的增加,其哑呤形的边变得更陡,使重叠几率变得更小。
由于p -p π键稳定性不同,--323NO CO 、是三角形,--3444PO SiO 、是正四面体
3.IA 和IIA 族元素主要形成离子化合物,其配位数取决于正、负离子半径比和其它一
些因素(如离子极化等),配位数高,一般为6,8。