詳細解析碳族元素的疑難點

時間：2024-07-22 21:14:46 好文我要投稿

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詳細解析關(guān)于碳族元素的疑難點

　　1、碳族元素的相似性和遞變性

　　碳族元素包括（C）、硅（Si）、鍺（Ge）、錫（Sn）、鉛（Pb）等五種元素，位于周期表的第IVA族，其原子最外層上均有4個電子。碳族元素的原子不容易得、失電子，通常表現(xiàn)為較易形成共價化合物，而較難形成離子化合物。

　　①那么，碳族元素為何容易形成共價化合物，而不易形成離子化合物呢？

　　原來，碳族元素介于典型金屬（IA）和典型非金屬（VIIA）的中間，其最外層電子數(shù)為4。因為碳族元素原子的最外層上有4個電子，在化學反應中往往既不容易失去電子形成陽離子，也不容易得到電子形成陰離子，而是以共價鍵的形式與其他元素結(jié)合形成化合物，這就是碳族元素的成鍵特點。故碳族元素通常易形成共價化合物，不易形成簡單的離子。

　　當然，我們也不能將這個問題絕對化，一方面說碳族元素不易直接形成離子鍵，并不是說碳族元素不能存在于離子化合物之中，因為很多碳酸鹽及簡單的硅酸鹽都是離子化合物；另一方面，像鉛等原子半徑特別大的元素，也可在一定條件下形成簡單的陽離子。

　　②碳族元素的主要化合價有+4價和+2價，其中C、Si、Ge、Sn的+4價化合物比較穩(wěn)定，而Pb的+2價化合物比較穩(wěn)定。鉛的+2價化合物穩(wěn)定，而其它碳族元素的+4價化合物穩(wěn)定體現(xiàn)出了同一主族元素的一般性與特殊性之間的關(guān)系。

　　2、碳族元素及其單質(zhì)的一些重要性質(zhì)

　　①在周期表中從上到下，顏色：堿金屬略有加深，鹵素依次加深，氧族中氧硒加深，碳族中分為三截：CSi加深，SnPb加深；Ge比Si淺，但比Sn深。熔點、沸點：堿金屬依次降低，鹵素和氧族依次升高，碳族總體呈降低趨勢（熔點：錫比鉛低；沸點：鍺比硅高）。

　　②碳是明顯的非金屬，硅、鍺是半導體，錫、鉛是明顯的金屬。碳、硅雖屬非金屬，但其熔、沸點明顯比鹵族、氧族中的非金屬要高得多，其原因主要是碳、硅屬原子晶體。鹵族，氧族中的非金屬通常屬于分子晶體，據(jù)此便可解釋有關(guān)熔、沸點的遞變現(xiàn)象。同理，從錫、鉛熔點遞變與堿金屬遞變的差異性中，也可說明錫、鉛結(jié)構(gòu)不同的實質(zhì)。

　　堿金屬、鹵素單質(zhì)的熔沸點隨著原子序數(shù)的遞增，均呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律，但碳族元素單質(zhì)的熔沸點卻無明確的變化規(guī)律。這是因為，物質(zhì)的熔沸點決定于物質(zhì)形成晶體的結(jié)構(gòu)。

　　對于堿金屬和鹵素而言，它們同一族元素的單質(zhì)所形成的晶體屬于同一類型。堿金屬單質(zhì)形成金屬晶體，它們的價電子數(shù)相同，隨著原子半徑的增大，其金屬鍵減弱，故熔沸點降低；鹵素的單質(zhì)形成分子晶體，隨著分子量的增大，其分子間作用力增強，故熔沸點升高。對于碳族元素而言，由于它們的單質(zhì)的晶體類型不同，所以不可能形成同一規(guī)律。碳可形成金剛石（原子晶體）、石墨（混合型晶體）及C60等多種晶體，硅通常形成原子晶體，而錫和鉛形成金屬晶體，鍺的晶體類型不甚明確。氧族元素、氮族元素的單質(zhì)也有類似的情況。金剛石、石墨、晶體硅屬原子晶體，其熔、沸點很高，碳族元素單質(zhì)的結(jié)構(gòu)相對于其它族元素單質(zhì)的結(jié)構(gòu)較為復雜。

　　3、碳族元素的金屬性與非金屬性

　　①在碳族元素的單質(zhì)中，碳是非金屬；硅雖外貌像金屬，但在化學反應中多顯示非金屬性，通常被認為是非金屬；鍺的金屬性比非金屬性強；錫和鉛都是金屬。可見，金屬和非金屬之間并無絕對嚴格的界限，如石墨雖屬非金屬，卻具有金屬光澤、能導電、導熱等金屬性質(zhì)；硅、鍺則是良好的半導體材料等。碳族元素的金屬性和非金屬性遞變規(guī)律學習中主要把握其表現(xiàn)形式，如比較碳族元素和其他族元素的原子半徑大小、氫化物穩(wěn)定性、最高價氧化物對應水化物的酸堿性強弱等等。

　　②已知在金屬活動性順序表中，錫位于鉛之前，而根據(jù)元素周期律，由同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律推斷可知鉛應比錫的金屬性強，這是為什么呢？

　　金屬性的相對強弱與金屬活動性的相對強弱看來還有一定的差別。金屬活動性主要是通過測定在溶液中發(fā)生反應的活性而得，金屬性的測定則更強調(diào)原子狀態(tài)下的反應活性。由于錫鉛在固態(tài)時，其晶體結(jié)構(gòu)可能有差異，從而導致在通常狀況下的反應活性與其原子結(jié)構(gòu)的不一致性。可見判斷物質(zhì)的化學性質(zhì)具有一定的復雜性。元素的金屬性是指元素的氣態(tài)原子失去電子的性質(zhì)，主要用第一電離能來量度，第一電離能越小，則元素的金屬性越強。查有關(guān)化學數(shù)據(jù)手冊可知，錫的第一電離能為7.34eV，而鉛的第一電離能為7.42eV，故錫的金屬性應比鉛強。金屬活動順序表是以實驗事實為依據(jù)編寫的，金屬活動性除了與第一電離能有關(guān)外，還與金屬離子的水和能、水和離子在水中的遷移速率等有關(guān)。不管從哪個角度比較，都是錫的金屬性比鉛強。

　　這樣一來，就出現(xiàn)了事實與現(xiàn)階段所學理論不相符合的現(xiàn)象。其實，這是周期律中鑭系收縮規(guī)律在發(fā)揮作用。因為鉛位于周期表中第六周期，第六周期中由于鑭系15種元素的存在，使得后邊的元素原子半徑顯著減小。元素的金屬性、非金屬性都是核電荷數(shù)和原子半徑分別對元素原子得失電子的影響的綜合結(jié)果。而這兩者是一對矛盾。從錫到鉛，原子半徑的增大所起的作用（使原子失電子能力增強）減弱，而核電荷數(shù)增大所起的作用（使原子失去電子能力減弱）依然如故。所以，就出現(xiàn)了錫在鉛的上方，反而金屬性比鉛強的情況。

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