价电子数目对主族元素氢化物结构与性质影响研究（毕业设计论文doc）.doc

价电子数目对主族元素氢化物结构
与性质影响研究

摘要: 本文通过对各主族元素结构的分析,根据价键理论、杂化轨道理论、价层电子对互斥理论和分子轨道理论,根据其空间结构分析各元素形成氢化物的物理以及化学性质,并且通过对比,进而发现价电子的变化对主族元素氢化物结构方面以及它的性质的影响,并进一步研究氢化物酸性的变化和形成配合物时与价电子的关系。
关键词: 价电子氢化物结构性质
1. 前言
价电子是原子在参与化学反应时能够用于成键的电子,是原子核外跟元素化合价有关的电子。在主族元素中,价电子数就是最外层电子数。在非金属主族元素中,除了第二周期元素外,一般都有nd空轨道。当这些元素跟电负性更大的元素化合时,原先最外层上的价电子可拆开进入nd轨道中,然后通过轨道杂化使这些元素表现较高的化合价。价电子数就是价电子的个数。对于主族元素和稀有气体而言,最外层电子就是价电子[1]。
氢是元素周期表中的第一个元素,原子序数和核电荷数为1,核外只有一个电子,基态时电子处在1s轨道上,因而氢原子可以失去一个电子成为H+,H+是很小的质点,比一般原子小10倍,当H+接进其它原子时,能使其它原子变形,形成共价键。所以除气态离子束外,H+必定和其他原子或分子结合,形成H3O+,H5O2+,NH4+等离子,再和其他异号离子通过离子键结合形成化合物;可以获得一个电子成H-,形成较为稳定的1s2结构,与其它异号离子通过离子键结合形成化合物;还可以和其它原子共用电子对形成共价化合物。现在已经合成了除稀有气体以外的大多数元素的氢化物。依据元素电负性的不同,氢原子在不同的化合物中可以形成离子键,共价单键,金属键,氢键等多种类型的化学键。
⑴共价型或分子型氢化物:在周期表中,p区元素的单质(稀有气体、铟、***除外)与氢结合生成的氢化物属于共价型氢化物,亦称为分子型氢化物。根据它们结构中电子数和键数的差异,分三种存在形式:
①缺电子氢化物:第 IIIA族B与Al的氢化物都属于缺电子氢化物。例如在B2H6分子中,中心原子硼未满足 8电子构型,在这个分子中,两个B原子通过氢桥键连在一起,形成一个三中心两电子键。
②满电子氢化物:第IVA族的C、Si等均有4个价电子,在形成CH4、SiH4时,中心原子的价电子全部参与成键,没有剩余的非键电子时,满足了8电子构型,形成满电子氢化物。CH4、SiH4等均为正四面体结构。
③富电子氢化物:第V、VI、VIIA族的氢化物都属于富电子氢化物。例如NH3、H2O、HF等,中心原子成键后,还有剩余未成键的孤电子对。
p区氢化物属于分子型晶体,它们是由单个的饱和共价分子通过很弱的范德华力或在某些情况下通过氢键把分子结合在一起而构成的。这种结构使得共价型氢化物的熔沸点比较低,一般条件下多为气体,比较软,有挥发性,没有导电性等。
由于分子型氢化物共价键的极性差别较大,所以它们的化学性质比较复杂。例如单就与水的反应来说:
① C、Ge、Sn、P、As、Sb等的氢化物不与水作用。
② Si、B的氢化物与水作用时放出氢气:
③ N的氢化物NH 3 在水中溶解并发生加合作用而使溶液显弱碱性。
④ S、Se、Te、F等的氢化物H2S、H2Se、H2Te、HF等在水中除发生溶解作用外,还会发生弱的酸式电离而使溶液显弱酸性。
⑤ Cl、Br、I的氢化物在水中则发生强的酸式电离而使溶液显强酸性。HCl、HBr和HI都具有还原性,同族氢化物的还原能力随原子序数的增加而增强[2 ]。
⑵金属型或过渡型氢化物:
d区或过渡金属的钪族、钛族、钒族以及铬、镍、钯、镧系和锕系的所有元素,还有s区的Be和Mg,与氢生成确定的二元氢化物。它们被称为过渡型氢化物。过渡型氢化物基本上保留着金属的外观特征,有金属光泽,具有导电性,它们的导电性随氢含量的改变而改变。这些氢化物还表现有其它金属性如磁性等。所以这些氢化物又叫做“金属型”氢化物。
⑶氢键:氢键是特殊的分子间或分子内的作用。它是由极性很强的A—H键上的氢原子跟另一个键(可存在于同一种分子或另一种分子中)上电负性很强、原子半径较小的B原子(如F、O、N等)的孤对电子之间相互吸引而成的一种键(A-H
…B)。当电负性很大的F、O、N原子和H形成极性很强的F—H、O-H、N-H键时,它们中共用电子对基本上偏向于这些电负性大的原子一边,使H原子几乎成为“裸露”的氢核。氢核的半径很小,带δ+的氢核对另外的F、O、N原子有强烈的静电作用,这就形成氢键。氢键可以用A—H…B表示。A和B可以是同种原子,也可以是不同种原子,但都是电负性较大、半径极小的非金属原子。氢键不属于化学键,而属于一般分子间力范畴。在A—H…B中,为了使A和B原子中电子云之间斥力最小,所成氢键较强,体系较稳定,A和B应尽量距离