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【无机化学】氧族元素的通性

2020-09-19  地球知识...

1. 氧族存在

氧族元素有氧、硫、硒、碲和钋五种元素。氧时地球表面丰度最大的元素。它即以自由单质O2分子形式存在,也以化合态形式存在。自由单质态的O2大量存在于大气中,在海洋和地表的各种水中也溶解了相当多的氧。这些氧来自H2O和CO2在绿色植物中发生的光合作用 :

大多数岩石组成、矿物、土壤及水中均含化合态氧。氧构成了大气质量的23%,岩石质量的46%,水层质量的85%以上。另外就目前所知,氧还时月球表面丰度最高的元素,其质量占44.6%。

自然界的氧气,都是来自于水和二氧化碳,在叶绿体和酶的作用下产生的

除了氧以外,本族元素的单质在标准状况下均为固体,主要以化合态存在于自然界。硫在自然界的分布极广(占地壳质量的0.034%,元素丰度序中居第16位),但是其富集程度达到具有开采经济价值硫矿较少。火山多发地区常含有单质硫。硫的三种最重要的工业资源是单质硫;天然气中的硫化氢和原油中的有机硫化合物、煤中的有机硫化合物;硫铁矿和其它金属硫化物及硫酸盐。另外硫也存在于许多植物、动物蛋白中,在三种主要的氨基酸如半胱氨酸、胱氨酸和甲硫氨酸中含有硫。

硒和碲存在于金属硫化物矿中,制备硒额碲主要原料是电解法精炼铜的残留物。在硫化物矿焙烧的烟道气体中除尘时,也可回收硒和碲。钋,系居里夫人在铀矿和钍矿中发现,它时这些天然放射系衰变的产物。

2. 氧族元素的基本性质

氧族元素从非金属向金属过渡:氧和硫时典型的非金属,硒和碲时准金属,而钋是典型的金属,为放射性元素。

本族元素与其它元素的原子化合时有共用或夺取两个电子,以达到稀有气体原子电子构型的倾向。从电子亲和能的数据来看,氧族元素的原子结合第二个电子需要吸收能量。因子,本族元素的原子获得两个电子形成简单阴离子X2-倾向要比卤素原子形成X-的倾向小得多。由于氧的负电性很高,所以它与大多数金属形成二元的离子型化合物。而硫、硒、碲只能与电负性较小的金属形成离子型化合物(Na2S、BaS、K2Se等)。与大多数金属元素化合时,主要形成共价化合物(如CuS、HgS等)。氧族元素与非金属元素化合形成均是共价化合物(如H2O、H2S)。

氧由于原子半径较小,孤对电子之间有较大的排斥作用,以及最外电子层无d轨道,不能形成pπ-dπ键,因此,同本族元素相比出现一些特殊性质:氧的第一电子亲和能力及单键键能反常的小;氧可以用pπ-dπ轨道以形成强的双键。而S、Se、Te形成的双键的倾向越来越小;氧在化合物中的氧化数为-2,而硫、硒、碲除了-2氧化数外,因他们均有可供成键的空d轨道,能形成+Ⅳ或+Ⅵ等氧化态的化合物。

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