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鋅族元素的通性


實(shí)驗(yàn)室k / 2019-03-18

       鋅族元素包括鋅、鎘、汞三個(gè)元素,是周期系ⅡB族元素。它們的基本性質(zhì)列于表20-6和表20-7中。

表20-6  鋅族元素的基本性質(zhì)

性質(zhì)
符號(hào) Zn Cd Hg
原子序 30 48 80
原子量 65.39 112.41 200.59
價(jià)電子層結(jié)構(gòu) 3d104s2 4d105s2 5d106s2
原子半徑/pm(共價(jià)半徑) 125 141 144
M2+離子半徑/pm 74 97 110
第一電離勢(shì)/(kJ·mol-1) 915 873 1013
第二電離勢(shì)/(kJ·mol-1) 1743 1641 1820
第三電離勢(shì)/(kJ·mol-1) 3837 3616 3299
M2+(g)水合熱/(kJ·mol-1) 2054 -1816 -1833
升華熱/(kJ·mol-1) 131 112 62
氣化熱/(kJ·mol-1) 115 100 59
電負(fù)性 1.65 1.69 2.00


       鋅族元素的原子最外層和堿土金屬一樣,只有二個(gè)s電子,但是堿土金屬原子次外層具有8個(gè)電子(Be只有二個(gè)電子),而鋅族元素具有18個(gè)電子,故ⅡB族與ⅡA族在性質(zhì)上有很大差別。但比起ⅠA與ⅠB族之間的差別又要小一些。由于18電子層結(jié)構(gòu)對(duì)原子核的屏蔽作用較小,因此它們的有效核電荷較大。與同周期的堿土金屬比較,原子半徑和離子半徑(M2+)都較小,所以鋅族元素的電負(fù)性和電離勢(shì)比堿土金屬大,鋅族元素就沒有堿土金屬那么活潑。

       鋅族單質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、熔化熱和氣化熱等不僅比堿土金屬低,而且比銅族金屬低,這可能是由于最外層s電子成對(duì)后的穩(wěn)定性的緣故。而且這種穩(wěn)定性隨著原子序的增加而增高。在汞原子里,這一對(duì)s電子最穩(wěn)定,所以金屬鍵最弱,故在室溫時(shí)仍為液體。鋅、鎘的s電子對(duì)也有一定的穩(wěn)定性,所以金屬間的結(jié)合力較弱,熔點(diǎn)和熔化熱、沸點(diǎn)和氣化熱當(dāng)然就較低。鋅、鎘、汞ns軌道已填滿,能脫離的自由電子數(shù)量不多,因此它們具有較高的比電阻即導(dǎo)電性較差。與ⅠB族比較,僅僅最外層相差一個(gè)電子而導(dǎo)電性和有些理化性質(zhì)卻表現(xiàn)出很大的差別。

       鋅族元素的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)比同周期的銅族元素更負(fù),所以鋅族元素比銅族元素活潑。從能量變化上分析,雖然鋅族元素的電離勢(shì)高得多,但升華熱較小,而離子水合熱又高得多(數(shù)值更負(fù))。例如Cu(s)→Cu2+(aq)時(shí)需能量939kJ·mol-1,比同周期的鋅轉(zhuǎn)化水合Zn2+離子所需能量735kJ·mol-1大得多,所以銅沒有鋅活潑,銅族與鋅族元素的金屬活潑次序是:

Zn>Cd>H>Cu>Hg>Ag>Au

       本族內(nèi),鋅、鎘、汞的化學(xué)活潑性隨原子序數(shù)的增大而遞減,與堿土金屬恰相反。這種變化規(guī)律和它們標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)數(shù)值的大小是一致的,也和它們從金屬原子變成水合M2+離子所需總能量的大小是一致的,這種能量變化如表20-8。

       由表中所列總熱效應(yīng)大小可知:從原子轉(zhuǎn)化為水合M2+離子時(shí),Zn所需能量最小,易失去電子最活潑,Cd次之,Hg最不活潑。

表20-8  鋅族元素原子轉(zhuǎn)為水合M2+時(shí)的能置變化


Zn Cd Hg
升華熱/(kJ·mol-1) 131 112 62
第一、二電離勢(shì)之和/(kJ·mol-1) 2658 2514 2833
M2+(g)水合熱/(kJ·mol-1) -2054 -1816 -1833
總熱效應(yīng)/(kJ·mol-1) 735 810 1062

       鋅族元素中,鋅和鎘在化學(xué)性質(zhì)上相近,汞和它們相差較大,在性質(zhì)上汞類似于銅、銀、金。


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