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元素周期律知识相关概念的辨析

来源:未知作者:周书峰 点击:所属专题: 概念辨析 元素周期律
(1)元素金属性非金属性概念 元素的金属性,指的是金属气态原子失去电子能力的性质。元素金属性的强弱可以由元素的原子电离能来衡量。元素的原子电离能指的是在多电子的原子中,处于基态的气态原子失去电子形成气态阳离子时,所需要吸收的能量。我们通常说的电离能,一般

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(1)元素金属性非金属性概念

元素的金属性,指的是金属气态原子失去电子能力的性质。元素金属性的强弱可以由元素的原子元素周期律知识相关概念的辨析电离能来衡量。元素的原子电离能指的是在多电子的原子中,处于基态的气态原子失去电子形成气态阳离子时,所需要吸收的能量。我们通常说的电离能,一般是指第一电离能,即处于基态的气态原子失去外层一个电子,形成+1气态阳离子所需要吸收的能量。第一电离能越大,表明该元素的原子气态时失去电子的趋势越小,元素的金属性越弱;同理,第一电离能越小,说明气态时该原子越容易失电子,元素的金属性越强。

元素的电离能不仅取决于原子的有效核电荷和原子半径,还与原子的电子层结构有关。一般说来,元素原子半径越大,最外层上电子数越少,电离能越小,其失电子能力就越强,我们就说该元素的金属性就越强。

元素的非金属性是指元素的原子得电子能力的性质。元素的非金属性强弱可由元素的第一电子亲和能来衡量,第一电子亲和能指的是气态原子得到电子变成—1价气态阴离子所放出的能量。第一电子亲和势越大,表明该元素的原子得到电子的趋势越大,元素的非金属性越强。与元素原子的电离能一样,元素原子的电子亲和能也与元素的原子结构相关。一般来说,元素原子半径越小,原子最外层上电子数越多,其电子亲和能越大,获得电子能力就越强,我们就说该元素的非金属性就越强。

非金属性与金属性是元素的原子在不受外部因素干扰的情况下本身得失电子能力的体现,它只与原子本身结构相关,属内部因素。

在元素的原子中,既存在着核外电子之间的排斥作用,又存在着原子核对电子的吸引作用,它们是既对立又统一的一对矛盾。元素原子的核电荷数与半径的比值越大,原子核对外层电子或外来电子的吸引作用就越大,元素的电离能或电子亲和能就越大,元素的金属性就越弱,非金属性就越强。

元素周期表中纵横向元素金属性、非金属性的变化规律正是元素原子的核电荷数与半径的比值变化情况的反映,只要元素的种类不变,其金属性与非金属性强弱就是不变的。

(2)氧化性还原性概念

氧化性还原性指的是物质(单质或者化合物)在化学反应中得到或者失去电子的能力。确切的说,它们是物质在一定外界条件下发生氧化还原反应时,该物质中的某种特定价态的元素表现出来的在这种特定环境中得失电子的能力。在化学反应中,得电子的物质体现其氧化性,失电子的物质体现其还原性,而具体得失电子的是由组成物质的某种元素来体现的。物质的氧化性与还原性不仅与元素的原子本身得失电子能力大小相关,而且与元素在物质中的化合价及该物质所处的环境(溶液的酸碱性、浓度、温度、等外部因素)有关,比如说NO3在酸性溶液中能体现较强的氧化性,但在中性或碱性溶液中几乎没有氧化性;碳单质在常温条件下化学性质非常稳定,而在高温环境中却能体现其较强的还原性,几乎能还原所有金属氧化物。

物质的氧化还原性的强弱并不是取决于得失电子的多少,而是取决于得失电子的难易,与物质得失或偏移电子的能力直接有关,这也涉及化学的吸引作用和排斥作用这对矛盾。因此,一般来说,原子或离子的核电荷数与半径的比值越大,它对电子的吸引趋势越大,对电子的排斥作用越小,故其氧化性越强,还原性越弱,反之亦然。

(3)金属非金属单质的化学活泼性

金属活泼性是金属单质的属性,它表示的是金属在水溶液中还原性大小的性质。可用元素周期律知识相关概念的辨析电极电势的数值来衡量。

金属在溶液中发生置换反应是一个复杂的过程:既包括金属原子脱离晶体表面变为气态原子、气态原子变成气态阳离子、气态阳离子再变为水合离子的过程,又包括被置换的金属由水合离子变为气态离子、气态离子得电子变为气态原子、气态原子沉积变为金属的过程。因此,单质金属在水中水化生成水化离子倾向的大小(即金属的活动性)不仅与元素的电离能有关,而且还与金属单质的升华能固体金属单质蒸发成蒸气时消耗的能量和金属离子的水化能(气态离子和极性水分子结合时放出的能量)密切相关。如果元素的电离能、升华能越小,离子的水化能越大(即标准电极电势越负),则该金属的金属活动性就越强。否则,金属活动性就越弱。金属的电极电势就是综合考虑上述各种因素的用以表示金属活动性强弱的物理量。

在一般条件下,金属活动性强的元素,金属性也强。但是有时金属活动性强的元素,不一定金属性也强。例如:同处于第四周期的锌铜两元素,按元素周期律铜比锌金属性强(铜的I1=746KJ/mol,锌的I1=906KJ/mol)。但在金属活动性顺序中,铜远在锌的右边,锌的活动性比铜强。从其Eθ值大小可以看出:φθA(Zn2+/Zn)=-0.409V,φθA(Cu2+/Cu)=0.337V。造成φθA值差别的主要原因是铜形成了比锌较为牢固的金属晶格(从它们的熔点即可看出:锌为419℃,铜为1083℃)。因此,铜的升华能远比锌的大,这样,虽然它们的前两级电离能及标准水合元素周期律知识相关概念的辨析热值相近,但综合考虑,铜的标准电极电势就比锌大得多,因此锌比铜的金属性强的多。

类似情况还有,位于第四主族的锡和铅。按元素周期律,铅的金属性比锡的强。在金属活动顺序中锡在铅的左边,即锡的金属活动性比铅的强(二者的电极电势值:φθA(Sn2+/Sn)=-0.136V,φθA(Pb2+/Pb)=-0.126V)。

由上可见,金属性的强弱与金属单质的活动性强弱有时并非完全一致,应当根据实际情况灵活地运用。否则,把二者混淆起来,常会得出错误的结论。

金属单质的性质与金属原子的结构、金属晶体的结构(即单质的结构)有关,这是因为金属晶体不是微粒的简单聚集,而是微粒在金属键作用下的集聚。金属单质在水溶液中形成水合离子趋势大小的标志是电极电势。

同理,非金属活动性,主要指化学反应中非金属单质所表现的性质,它与原子吸引电子的能力有关,但主要取决于分子结构,即成键原子间元素周期律知识相关概念的辨析键能大小。

(4)最高价氧化物对应水化物酸碱性强弱

元素周期律知识相关概念的辨析

从结构上来说,影响元素最高价氧化物对应水化物酸碱性强弱的原因是很复杂的,不仅与元素最高价氧化物对应水化物的中心离子半径有关,还与中心离子的电荷和离子构型等因素有关。含氧酸R—O—H的酸性强弱是由成酸原子R的元素周期律知识相关概念的辨析电负性、化合价以及原子半径等因素来决定的。这些因素是通过它们对R—O—H键中氧原子电子密度的影响来实现对酸强度的影响的。由于R的电负性、元素周期律知识相关概念的辨析氧化数及原子半径都可用它的核电荷数与半径比值的相对大小来表示,所以说成酸原子R的核电荷数与半径比值直接影响着其含氧酸的酸强度。当R的电负性较大、氧化数较高、半径较小,也就是当它的核电荷数与半径比值较大时,它对氧原子上电子的吸引作用就较强,就能够有效地降低氧原子上的电子密度,使O—H键削弱,从而在水分子的作用下容易释放出质子(排斥作用)而表现出较强的酸性。

(责任编辑:化学自习室)
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