非金属元素:是元素的一大类,在所有的一百多种化学元素中,非金属占了22种。非金属元素是元素的一大类,在所有的一百多种化学元素中,非金属占了22种。在周期表中,除氢以外,其它非金属元素都排在表的右侧和上侧,属于p区。包括氢、硼、碳、氮、氧、氟、硅、磷、硫、氯、砷、硒、溴、碲、碘、砹、氦、氖、氩、氪、氙、氡。80%的非金属元素在现在社会中占有重要位置。
元素的金属性是指元素的原子失电子的能力;元素的非金属性是指元素的原子得电子的能力。元素的金属性、非金属性与元素在周期表中的位置关系,对于主族元素来说,同周期元素随着原子序数的递增,原子核电荷数逐渐增大,而电子层数却没有变化,因此原子核对核外电子的引力逐渐增强,随原子半径逐渐减小,原子失电子能力逐渐降低,元素金属性逐渐减弱;而原子得电子能力逐渐增强,元素非金属性逐渐增强。例如:对于第三周期元素的金属性Na>Mg<Al,非金属性Cl>S>P>Si。 同主族元素,随着原子序数 的递增,电子层逐渐增大,原子半径明显增大,原子核对最外层电子的引力逐渐减小,元素的原子失电子逐渐增强,得电子能力逐渐减弱,所以元素的金属性逐渐增强,非金属性减弱。例如:第一主族元素的金属性H<Li<Na<K<Rb<Cs,卤族元素的非金属性F>Cl>Br>I。 综合以上两种情况,可以作出简明的结论:在元素周期表中,越向左、下方,元素金属性越强,金属性最强的金属是Cs;越向右、上方,元素的非金属越强,非金属性最强的元素是F。例如:金属性K>Na>Mg,非金属性O>S>P。
元素的金属性、非金属性与元素在化学反应3中的表现的关系,一般说来,元素的金属性越强,它的单质与水或酸反应越剧烈,对于的碱的碱性也越强。例如:金属性Na>Mg>Al,常温时单质Na与水能剧烈反应,单质Mg与水能缓慢地进行反应,而单质Al与水在常温时很难进行反应,它们对应的氧化物的水化物的碱性 NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3。元素的非金属性越强,它的单质与H2反应越剧烈,得到的气态氢化物的稳定性越强,元素的最高价氧化物所对应的水化物的酸也越强。例如:非金属Cl>S>P>Si,Cl2与H2在光照或点燃时就可能发生爆炸而化合,S与H2须加热才能化合,而Si与H2须在高温下才能化合并且SiH4极不稳定;氢化物的稳定HCl>H2S>PH3>SiH4;这些元素的最高价氧化物的水化物的酸性HClO4>H2SO4>H3PO4>H4SiO4。 因此,在化学反应中的表现可以作为判断元素的金属性或非金属强弱的依据。另外,还可以根据金属或非金属单质之间的相互置换反应,进行金属性和非金属性强弱的判断。一种金属把另一金属元素从它的盐溶液里置换出来,表明前一种元素金属性较强;一种非金属单质能把另一种非金属单质从它的盐溶液或酸溶液中置换出来,表明前一种元素的非金属性较强。 元素的金属性、非金属性与物质的氧化性、还原性的关系,元素的金属性越强,它的单质还原性越强,而它阳离子的氧化性越弱。例如:金属性Na>Mg>Al,单质的还原性Na>Mg>Al,阳离子的氧化性Na+<Mg2+<Al3+。中学化学教材中金属活动顺序表为K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Sn>Pb>H>Cu>Hg>Ag>Pt>Au,而阳离子的氧化性为K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<Zn2+<Fe2+<Sn2+<Pb2+<H+<Cu2+<Hg2+<Pt2+<Au2+。元素的非金属性越强,它的单质的氧化性越强,还原性越弱,而它阴离子的还原性越越弱。例如:非金属性Cl>Br>I>S,它们的单质的氧化性Cl2>Br2>I2>S,还原性Cl2<Br2<I2<S,它们的阴离子的还原性Cl-<Br-<I-<S2-。 元素的金属性强弱与金属单质的熔、沸点等的关系,在金属晶体中,金属原子的自由电子在整个晶体中移动,依靠此种流动电子,使金属原子相互结合成为晶体的键称为金属键。对于主族元素,随原子序数的递增,金属键的强度逐渐减弱,因此金属单的熔、沸点逐渐降低。 氢:符号: H,原 子序数: 1,原子量: 1.00794 amu,熔点: -259.14 °C (14.009985 °K, -434.45203 °F),沸点: -252.87 °C (20.280005 °K, -423.166 °F) 质子数/电子数: 1,中子数: 0,类别: 非金属,晶体结构: 六边形结构,密度 @ 293 K: 0.08988 g/cm3,颜色: 无色 ,HYDROGEN,源自htdor和gen,意为"水的形成",1766年发现。是宇宙间最丰富的元素。氢可说完全不是以单质形态存在于地球上,可是太阳和其他一些星球则全部是由纯氢所构成。这种星球上发生的氢热核反应的热光普照四方,温暖了整个宇宙。
氢发展历史 氢在周期表中的位置: 氢的同位素 离子键:当H与电负性很小的活泼金属,如Na,K,Ca等形成氢化物时,H获得1个电子形成氢负离子。这个离子因具有较大的半径208pm,仅存在于离子型氢化物的晶体中。 共价键:①、两个H原子能形成一个非极性的共价单键,如H2分子。②、H原子与非金属元素的原子化合时,形成极性共价键,例如HCl分子。键的极性随非金属元素原子的电负性增大而增强。 特殊的键型 ①、H原子可以填充到许多过渡金属晶格的空隙中,形成一类非整比化合物,一般称之为金属型氢化物,例如:ZrH1.30和LaH2.87等。 ②、在硼氢化合物(例如乙硼烷B2H6)和某些过渡金属配合物中均存在着氢桥键。 ③、能形成氢键。在含有强极性键的共价氢化物中,近乎裸露的H原子核可以定向吸收邻近电负性高的原子(如F、O、N等)上的孤电子对而形成分子间或分子内氢键。例如在HF分子间存在着很强的氢键。
物理性质 化学性质 (3)、在有机化学中,氢的一个重要的化学反应是它能够加在联结两个碳原子的双键或三键上,使不饱和的碳氢化合物加氢而成为饱和的碳氢化合物,这类反应叫加氢反应。在有机化学中,在分子中加入氢即是还原反应。这类反应广泛应用于将植物油通过加氢反应,由液体变为固体,生产人造黄油。也用于把硝基苯还原成苯胺(印染工业),把苯还原成环己烷(生产尼龙-66的原料)。氢同CO反应生成甲醇等等。 (4)、氢分子虽然很稳定,但在高温下,在电弧中,或进行低压放电,或在紫外线的照射下,氢分子能发生离解作用,得到原子氢。所得原子氢仅能存在半秒钟,随后便重新结合成分子氢,并放出大量的热。
碳:CARBON,源自carbo,也就是木炭,这 种物质发现得很早,上图显示出它的三种自然形式:钻石、炭和石黑。碳的无数化合物是我们日常生活中不可缺少的物质,产品从尼龙和汽油、香水和塑料,一直到鞋油、滴滴涕和炸药等,范围广泛种类繁多。
发现史 碳单质
金刚石晶莹美丽,光彩夺目,是自然界最硬的矿石 。在所有物质中,它的硬度最大。测定物质硬度的刻画法规定,以金刚石的硬度为10来度量其它物质的硬度。例如Cr的硬度为9、Fe为4.5、Pb为1.5、钠为0.4等。在所有单质中,它的熔点最高,达3823K。金刚石晶体属立方晶系,是典型的原子晶体,每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外四个碳原子形成共价键,构成正四面体。这是金刚石的面心立方晶胞的结构。
由于金刚石晶体中C─C键很强,所有价电子都参与了共价键的形成,晶体中没有自由电子,所以金刚石不仅硬度大,熔点高,而且不导电。室温下,金刚石对所有的化学试剂都显惰性,但在空气中加热到1100K左右时能燃烧成CO2。金刚石俗称钻石,除用作装饰品外,主要用于制造钻探用的钻头和磨削工具,是重要的现代工业原料,价格十分昂贵。 石墨乌黑柔软,是世界上最软的矿石。石墨 的密度比金刚石小,熔点比金刚石仅低50K,为3773K。在石墨晶体中,碳原子以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成共价单键,构成六角平面的网状结构,这些网状结构又连成片层结构。层中每个碳原子均剩余一个未参加sp2杂化的p轨道,其中有一个未成对的p电子,同一层中这种碳原子中的m电子形成一个m中心m电子的大∏键(键)。这些离域电子可以在整个儿碳原子平面层中活动,所以石墨具有层向的良好导电导热性质。
石墨的层与层之间是以分子间力结合起来的,因此石墨容易沿着与层平行的方向滑动、裂开。石墨质软具有润滑性。由于石墨层中有自由的电子存在,石墨的化学性质比金刚石稍显活泼。由于石墨能导电,有具有化学惰性,耐高温,易于成型和机械加工,所以石墨被大量用来制作电极、高温热电偶、坩埚、电刷、润滑剂和铅笔芯。 20世纪80年代中期,人们发现了碳元素的第三种同素异形体──C60。从以下三个方面介绍C60,碳六十的发现和结构特点,1996年10月7日,瑞典皇 家科学院决定把1996年诺贝尔化学奖授予Robert FCurl,Jr(美国)、Harold WKroto(英国)和Richard ESmalley(美国),以表彰他们发现C60。1995年9月初,在美国得克萨斯州Rice大学的Smalley实验室里,Kroto等为了模拟N型红巨星附近大气中的碳原子簇的形成过程,进行了石墨的激光气化实验。他们从所得的质谱图中发现存在一系列由偶数个碳原子所形成的分子,其中有一个比其它峰强度大20~25倍的峰,此峰的质量数对应于由60个碳原子所形成的分子。
C60分子结构及稳定 碳六十的制备 碳六十的用途 |
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