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区元素的通性

时间:2022-08-23 百科知识 版权反馈
【摘要】:ds区元素的价电子构型分别是(n—1)d10ns1和(n—1)d10ns2,一些基本性质列在表13-1和13-2。铜族与锌族相比,锌族元素比同周期的铜族元素活泼,具体是:Zn>Cd>Cu>Hg>Ag>Au。而锌族元素的特征氧化值为+2。这是因为锌族元素的(n—1)d轨道已全充满,未参与成键,ns电子与(n—1)d电子的电离能之差比ⅠB族大,所以通常情况下只失去ns电子而显+2氧化值。而且,在酸性溶液中,Cu+和Au+均不稳定,容易发生歧化反应。

ds区元素的价电子构型分别是(n—1)d10ns1和(n—1)d10ns2,一些基本性质列在表13-1和13-2。

表13-1 ds区元素的基本性质

表13-2 ds区元素单质的基本性质

续表

铜族和锌族元素最外层电子结构与碱金属和碱土金属一样,都只有1~2个电子。但次外层电子数目不同,前两者为18电子层构型,后两者为8电子层构型(除锂外)。由于18电子层构型对核的屏蔽效应比8电子层构型的小得多,使铜、锌族元素原子的有效电荷较大,对最外层s电子的吸引力比碱金属和碱土金属要强得多,所以其原子半径、离子半径比较小,电离能高、电子密度大,金属的活泼性远不如碱金属和碱土金属。铜族与锌族相比,锌族元素比同周期的铜族元素活泼,具体是:Zn>Cd>Cu>Hg>Ag>Au。

铜族元素氧化值有+1、+2、+3,这是由于铜族元素原子最外层ns电子和次外层的(n—1)d电子能量相差不大的缘故。而锌族元素的特征氧化值为+2(汞和镉还有+1氧化值的化合物)。这是因为锌族元素的(n—1)d轨道已全充满,未参与成键,ns电子与(n—1)d电子的电离能之差比ⅠB族大,所以通常情况下只失去ns电子而显+2氧化值。常见的稳定氧化值(特别是在水溶液中)是:Cu为+2,Ag为+1,Au为+3,Zn、Cd、Hg为+2,+1氧化值的Hg22+(采取共用电子对形成[—Hg∶Hg—]2+离子形式)也可存在于水溶液中。Cu(Ⅰ)、Ag(Ⅱ)、Zn(Ⅰ)、Cd(Ⅰ)均不稳定,这可从它们离子的大小、电荷、电离势、水化能等因素来解释。

从电极电势可以看出,ⅠB和ⅡB族元素的金属活泼性远小于ⅠA和ⅡA族元素,自上到下金属的活泼性依次降低,这也与ⅠA族、ⅡA族正好相反。而且,在酸性溶液中,Cu+和Au+均不稳定,容易发生歧化反应。

ⅠB族和ⅡB族元素的离子具有18电子层构型,有很强的极化力和较大的变形性,所以这些元素易形成共价化合物;另外,这些离子的(n—1)dnsnp有能量较低的空轨道,故形成配位化合物的能力较强,这也是ds区元素的特点之一。

在常温下,铜、锌族的单质除汞为液体外,其余五种均为固体,金、银、铜是人们最早知道和使用的货币金属,熔、沸点较其他过渡元素低,这与其原子半径大、次外层电子不参与形成金属键有关。金的延展性最好,而银的导电传热性最好,铜仅次于银。

室温下,铜、银、金不与氧气和水反应,在含CO2的潮湿空气中,铜表面易生成一层“铜绿”,主要成分为Cu(OH)2·CuCO3,加热时生成黑色的CuO,银与硫有较强的亲合作用,当和含H2S的空气接触即生成Ag2S变暗,反应如下:

4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O

铜、银、金在高温下也不与氢、氮或碳作用,与卤素的作用由易到难,它们均不与稀盐酸或稀硫酸反应放出氢气,但在有空气存在时,铜可缓慢溶于稀酸中,铜还可溶于浓盐酸中,Cu和Ag能溶于硝酸或热的浓硫酸,Au只溶于王水:

2Cu+4HCl+O2=2CuCl2+2H2O

2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O

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