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关于卤素单质物理性质的问题

来源:未知作者:王笃年 点击:所属专题: 卤族

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1、为什么碱金属单质的熔点随着原子序数增大而降低,而卤素单质熔点随着原子序数增大而升高? 物质熔点的高低和构成物质的微观粒子之间作用力的强弱有关。 碱金属的单质属于金属晶体,它们由金属阳离子和自由电子通过金属键作用构成,其熔点高低决定于金属键的强弱,而金属键

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1、为什么碱金属单质的熔点随着原子序数增大而降低,而卤素单质熔点随着原子序数增大而升高?

物质熔点的高低和构成物质的微观粒子之间作用力的强弱有关。

碱金属的单质属于金属晶体,它们由金属阳离子和自由电子通过金属键作用构成,其熔点高低决定于金属键的强弱,而金属键的强弱与金属原子半径、价电子数有关.对于碱金属来说,各元素原子的价电子数均为1,随着原子序数增大,其原子半径逐渐增大,金属键随之减弱,故熔点逐渐降低。

卤素的单质均为双原子分子,固态时均形成分子晶体。分子晶体的熔点高低决定于分子间作用力的强弱,而分子间作用力强弱与分子的极性、形状及大小密切相关。对于卤素单质的分子来说,它们分子形状相同(均为双球形)、极性也相同(均为非极性分子),随着原子序数的增大,分子的体积与质量都逐渐增大(从本质上说,主要是体积对分子间作用力有影响),导致分子间作用力逐渐增强,故单质的熔点随原子序数的增大而升高。

根据对卤素单质熔点变化规律的理解,我们还可以推知稀有气体He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn的熔、沸点也是逐渐升高的,一些不同族元素的单质,如H2、N2、O2、Cl2的熔、沸点变化也遵从同样的规律而逐渐升高。

2、为什么碘水颜色与单质碘不一致?

碘的纯水溶液是淡褐色的,而碘溶解在酒精里则得到深褐色的碘酒,碘的CCl4溶液呈紫色。显然,碘在不同溶剂里形成溶液时,所显示的颜色是明显不同的,这是为什么呢?根据碘蒸气呈紫色这一事实可知,紫色是碘分子(I2)本身的颜色。

根据物质的发色理论可知,碘分子呈紫色与分子内某些电子的运动状态有关,它们在运动过程中吸收了和紫色为互补色的可见光,从而显示紫色。

在大多数有机溶剂里,由于有机分子本身极性很弱或根本没有极性,对碘分子的极化作用不强,故碘分子的电子云几乎没有发生变化,所以碘的有机溶液大多呈其本色一紫色。按照CCl4、C2H5OH(酒精)、H2O的顺序,溶剂分子的极性越来越强,对碘分子的极化作用加大,使得碘分子内电子的运动状态发生一定程度的变化,它所吸收可见光的波长也就随之发生变化,故碘呈现的颜色不再是纯粹的紫色,而向褐色、黄色逐步转化。当然,在碘水里往往溶解有I3(配制碘水时为增大碘的溶解量额外添加了KI),故一般所见碘水的黄色或棕黄色都是I3呈现的颜色,这与一般意义上的碘溶液有所不同。

3、为什么保存溴时要在其上方加一层水?

溴的沸点很低(58.5℃),属于易气化的液体,且溴蒸气具有非常强烈的刺激性,故实验室里保存溴的试剂瓶里一般加一层水(溴的溶解度小,这些水实际上被溴饱和,形成饱和溴水),以防止溴的大量挥发。

类似的操作还有很多。比如CCl4(沸点77℃)、CS2(沸点46℃)等,存储时也会在其上方加一些水,以减少其挥发。另外,农业上储存氨水(化肥的一种)时,为防止有效成分氨的挥发散失,通常在氨水罐中加一些柴油,柴油密度小且不易溶于水、也不溶解氨,浮在氨水的上方形成一个薄层,可以有效阻止氨的挥发。

4、碘的升华属于物理变化,是否任何物质的升华均为物理变化呢?

应该说,大多数物质的升华都只是分子间距离增大,属于物理变化。但学习时切不可以偏概全,因为有的物质升华时发生了化学变化,比如红磷,它在隔绝空气的情况下加热到416℃就会升华,直接变为P4分子,这些P4分子的蒸气凝华即得白磷。红磷与白磷互为同素异形体,大家公认同素异形体之间的转化属于化学变化,所以红磷升华时发生了化学变化(变为白磷的分子),而非物理变化。同样道理,某些物质由液态变为气态的过程中也未必只发生物理变化,比如硫单质在“固态一液态一蒸气”的变化过程中,分子结构也是不断发生变化的,固态的硫多为环状结构的S8分子,硫在112℃即可熔化,初熔化时的液态硫流动性很好,但随着温度的升高,液态硫变得黏稠起来,这是因为环状的S8分子环被打开,彼此之间连接形成长链状分子,分子间作用力增大的缘故,继续升温时,硫可以气化为红棕色的硫蒸气,硫蒸气中含有S2、S4等分子,所以,硫的三态变化也不是简单的物理变化,而是发生了非常复杂的化学过程。

(责任编辑:化学自习室)
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