副族元素从上到下原子半径_长知识:化学元素大阅兵
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視野拓展——化學(xué)元素大閱兵
國慶70周年大閱兵上,我軍將士昂首闊步、雄姿英發(fā)的威武氣勢,令人震撼。而筆者也不禁腦洞大開,突發(fā)奇想:假如化學(xué)元素也來進行一場閱兵式,將會是怎樣的情景?——
時光如水、歲月如歌,化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn)與研究歷經(jīng)了漫長的進程:從古希臘的"四元素說",到紐蘭茲的"八音律";從元素周期表的艱難創(chuàng)制,到人造元素的不斷涌現(xiàn)……無數(shù)化學(xué)家傾盡智慧和心血,換來了而今豐碩的成果。此刻,陣容強大的化學(xué)元素大軍在這里整隊集結(jié),等待檢閱。
擔(dān)任此次檢閱儀式總指揮的,是俄國著名科學(xué)家門捷列夫"元帥"。正是他,經(jīng)過多年辛勤研究,終于從原本雜亂無章的化學(xué)元素中尋找到線索,從而造就了如今元素大軍整齊劃一、充滿規(guī)律的嶄新面貌。
化學(xué)元素大軍由主族元素部隊、副族元素部隊、VIII族元素部隊以及18族(iupac新規(guī)定,即原來的0族)元素部隊組成。其中,主族部隊又分為IA族到ⅦA族七個方隊,副族部隊也分為IB族到ⅦB族七個方隊。他們將依次通過周期表廣場接受檢閱——
首先入場的是懸掛著元素周期表旗幟的領(lǐng)隊機,駕駛它的是元素大軍的排頭兵:氫。他是最輕的元素,也是宇宙中含量最多的元素,具有極強的還原性,在高溫下非常活潑,能和除稀有氣體外的幾乎所有元素生成化合物。在化工、能源、航天、醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
緊接著走來的是由鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁等元素組成的IA族堿金屬方隊。他們的化學(xué)性質(zhì)有著明顯的同系行為:都是銀白色的金屬(銫略帶金色光澤),密度小,熔點和沸點較低,標(biāo)準(zhǔn)狀況下有很高的反應(yīng)活性,能直接與很多非金屬元素形成離子化合物,與水反應(yīng)生成氫氣,能還原許多鹽類,化學(xué)性質(zhì)都很活潑,每一種堿金屬元素都是同周期元素中金屬性最強的元素。
隨后向我們走來的是ⅡA族堿土金屬方隊,包括鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳等元素。他們的離子是無色的,其鹽類大多為白色固體,溶解度都比較小。堿土金屬的氧化物熔點較高,溶于水呈較強堿性。他們的單質(zhì)和化合物都有著較為廣泛的用途。
現(xiàn)在走來的是由硼、鋁、鎵、銦、鉈等元素組成的ⅢA族硼族元素方隊,他們在自然界均有存在,其中鋁是分布最廣泛的金屬元素。硼族元素都是親氧元素,在自然界中大量以含氧化合物形式存在,為生產(chǎn)建設(shè)和日常生活提供舉足輕重的作用。
接著走來的是ⅣA族碳族元素方隊,包括碳、硅、鍺、錫、鉛等元素。它們最外層電子排布相似,都有4個價電子,呈現(xiàn)出一定的周期性:從上到下金屬性依次增強,非金屬性減弱、熔沸點降低,單質(zhì)密度逐漸增大。在加熱時都能跟氧反應(yīng),最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性減弱,氫化物的穩(wěn)定性減弱。碳族元素是形成化合物種類最多的元素,他們及其化合物,在能源、化工、醫(yī)藥等諸多方面都扮演著不可或缺的角色。
由氮、磷、砷、銻、鉍等組成的ⅤA族氮族元素方隊邁著整齊的步伐向我們走來。這一族元素的原子最外層都有5個電子。最高正價都是+5價。金屬性逐漸增強、非金屬性逐漸減弱,若能形成氣態(tài)氫化物,則它們均顯-3價,氣態(tài)氫化物化學(xué)式可用RH3表示。最高氧化物的化學(xué)式可用R2O5表示,其對應(yīng)水化物的酸性逐漸減弱。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)建設(shè)、醫(yī)療衛(wèi)生等各個領(lǐng)域,都有他們忙碌的身影。
緊隨其后的是ⅥA族氧族元素方隊,包含氧、硫、硒、碲、釙等,他們的熔點沸點依次遞增。原子最外層有6個電子,反應(yīng)中易得到2個電子,表現(xiàn)氧化性。該族元素能與大多數(shù)金屬反應(yīng),均能與氫化合生成氣態(tài)氫化物,氧化物對應(yīng)的水化物為酸,都具有非金屬性。氧族元素的用途極其廣泛,是生產(chǎn)生活中一支必不可少的有生力量。
接下來的是ⅦA族鹵族元素方隊。包括了氟、氯、溴、碘、砹等元素。它們在自然界都以典型的鹽類存在,是成鹽元素。正是由于這樣的原因,他們被命名為鹵族(英文鹵素halogen源于希臘語halos(鹽)和gennan(形成)兩個詞。中文里鹵的原意是鹽堿地的意思)。鹵族元素的單質(zhì)都是雙原子分子,性質(zhì)的改變很有規(guī)律:隨著分子量的增大,鹵素分子間的色散力逐漸增強,顏色變深,熔點、沸點、密度、原子體積也依次遞增。鹵素都有氧化性,其中氟單質(zhì)的氧化性最強。鹵族元素和金屬元素構(gòu)成大量無機鹽,此外,在有機合成等領(lǐng)域也發(fā)揮著非常重要的作用。
緊隨在主族元素部隊之后登場的,是VIII族元素方隊。他們在周期體系中位置的特殊性,是由于他們之間性質(zhì)的類似和遞變關(guān)系所決定的。雖然他們也存在著一般的垂直相似性(如鐵、釕、鋨)但水平相似性(如鐵、鈷、鎳)則更為突出。因此,他們又被分成鐵系元素和鉑系元素兩個支隊。其中,鐵系元素支隊由鐵、鈷、鎳組成,其熔沸點隨原子序數(shù)的增加而降低,都具有金屬光澤,都是鐵磁性物質(zhì)。鉑系元素支隊則由釕、銠、鈀、鋨、銥、鉑等組成,除鋨為藍灰色外,其余都是銀白色。由于在自然界中含量稀少、分布稀散,所以又被稱為稀有元素。他們化學(xué)穩(wěn)定性特別高,熔點高,具有很高的催化活性。是一支堅強之師、威武之師。
接下來將要接受檢閱的是副族元素部隊。與主族元素相比,他們的最后一個電子不是填充在最外層軌道上。而且所有成員均為中等活潑或不活潑金屬,是主族典型金屬元素向主族典型非金屬元素過渡的元素,因此又和VIII族元素一起被稱為“過渡元素”。
首先出場的是IB族銅副族元素方隊,包括銅、銀、金三個自然元素和一個人造元素。銅族金屬密度大,熔點高,是優(yōu)良導(dǎo)體,延展性很好,導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性在所有金屬中是最好的。容易形成共價性化合物,易形成配合物。其化學(xué)性質(zhì)不活潑,所以在自然界中有游離的單質(zhì)存在。是為人熟知、應(yīng)用廣泛的中堅力量。
隨后而來的是IIB族鋅副族元素方隊,包括鋅、鎘、汞等元素。鋅族元素熔沸點低。單質(zhì)在常溫下很穩(wěn)定。化學(xué)活潑性隨著原子序數(shù)的增大而遞減。在生產(chǎn)生活各方面有著不可替代的作用。
浩浩蕩蕩的IIIB族元素方隊走來了。他們包括了鈧、釔以及鑭系元素和錒系元素。其中,鑭系元素成員包括鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥,他們和化學(xué)性質(zhì)相似的鈧、釔合起來又稱稀土元素,被譽為“工業(yè)維生素”,是極其重要的戰(zhàn)略資源,在石化、冶金、材料、軍工等領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。錒系元素包括:錒、釷、鏷、鈾、镎、钚、镅、鋦、锫、锎、锿、鐨、鍆、锘、鐒。與鑭系元素一樣,他們的化學(xué)性質(zhì)也比較活潑,大多數(shù)都能形成配位化合物。α衰變和自發(fā)裂變是他們的的重要核特性,同時毒性和輻射危害較大,必須采取防護措施。
接著開來的是由鈦、鋯和鉿等組成的ⅣB族鈦副族元素方隊。它們的最穩(wěn)定氧化態(tài)是+4,它們的M(Ⅳ)化合物主要以共價鍵結(jié)合。他們有著很高的應(yīng)用價值,特別是其中的鈦金屬,被譽為“現(xiàn)代金屬”和“戰(zhàn)略金屬”,是提高國防裝備水平不可或缺的重要戰(zhàn)略物資。
現(xiàn)在開來的是ⅤB族釩副族元素方隊,包括釩、鈮、鉭等元素。鈮、鉭由于五價例子半徑極為相近,所以在自然界總是共生的。他們都是銀白色,有金屬光澤,具有典型的體心立方金屬結(jié)構(gòu)。熔點都較高,且隨周期數(shù)增加而升高。雖然他們都不太常見,但是在材料、醫(yī)療、能源等方面卻做出了巨大貢獻。
隨后開來的ⅥB族鉻副族元素方隊,由鉻、鉬、鎢等元素組成。它們的最高氧化態(tài)為 +6,都具有d區(qū)元素多種氧化態(tài)的特征。它們的最高氧化態(tài)穩(wěn)定性依次增強,而低氧化態(tài)的穩(wěn)定性則相反。他們都具有耐高溫、耐腐蝕的良好性能,被廣泛用于冶金、軍工等領(lǐng)域。
正在行進的ⅦB族錳副族元素方隊,包括了錳、锝和錸等元素。他們的高氧化態(tài)依次趨向穩(wěn)定。低氧化態(tài)則相反。其中,錳在冶金方面有著突出作用。而锝則是首個用人工方法制得的元素,標(biāo)志著人造元素時代的到來。
接下來,是氣勢磅礴的18族稀有氣體飛行編隊。他們由氦、氖、氬、氪、氙、氡等元素組成。在常溫常壓下都是無色無味的單原子氣體,很難進行化學(xué)反應(yīng)。因此又被稱為惰性氣體。盡管名為惰性,但他們卻是社會生產(chǎn)生活中的“勤務(wù)兵”,在照明、冶金、材料、醫(yī)療等領(lǐng)域,發(fā)揮著積極的作用。
最后接受檢閱的,是剛剛正式加入元素大軍的“新兵連”。雖然他們出現(xiàn)的時間還不長,而且脾氣秉性、功能作用等也不為人們所掌握,但卻已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。我們期待在接下來的日子里,這四位神秘的新成員能夠被人們所更加熟知,像他們的前列一樣,為人類科技的發(fā)展進步做出新的貢獻!
——這是一支特殊的隊伍,
每一個元素背后,都蘊藏著無窮的奧秘;
——這是一支雄壯的隊伍,
每一番探究背后,都閃耀著智慧的光芒;
——這是一支光榮的隊伍,
每一次發(fā)現(xiàn)背后,都彰顯著科技的力量!
回顧過往,無數(shù)學(xué)者前赴后繼、艱辛求索,為它鐫刻下恢弘的印記;
展望未來,我們更應(yīng)努力學(xué)習(xí)、開拓進取,為它續(xù)寫出嶄新的篇章!
本次檢閱儀式圓滿結(jié)束!
讓我們共同祝愿元素的隊伍不斷發(fā)展壯大,
祝愿化學(xué)的明天更加絢爛輝煌!!!
(來源點點通高中化學(xué),謹(jǐn)此致謝)
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