學(xué)好元素?zé)o機(jī)化學(xué)必須抓住的幾條主線

楊光

摘 要 提出學(xué)好元素?zé)o機(jī)化學(xué)課程必須抓住的幾條主線：掌握并熟練運(yùn)用元素周期表；要深刻理解和熟練運(yùn)用“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的科學(xué)思想；正確運(yùn)用元素電勢(shì)圖；清楚把握各章節(jié)的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞 元素?zé)o機(jī)化學(xué)；元素周期律；元素電勢(shì)圖

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）22-0102-03

A Few Lines in Studying Elemental Part of Inorganic Chemistry//

YANG Guang

Abstract This article shows you several lines you must have in studying the elemental part of inorganic chemistry： understand and apply the periodicity of element properly； learn to use Properties are Decided by Structures； use element potential diagram correctly； make clear knowledge framework of each unit.

Key words elemental part of inorganic chemistry； periodicity of element； element potential diagram

1 前言

化學(xué)是一門(mén)中心學(xué)科，已經(jīng)滲透到社會(huì)發(fā)展的各大領(lǐng)域，如能源、材料、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、信息、生命、交通以及公安系統(tǒng)等，在人們的日常生活占據(jù)越來(lái)越重要的地位[1]?；诨瘜W(xué)學(xué)科的重要性，很多高校在全校范圍內(nèi)開(kāi)設(shè)了與化學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)課、公共選修課等提高學(xué)生對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的認(rèn)識(shí)、理解，提高學(xué)生的化學(xué)基本素質(zhì)，增強(qiáng)化學(xué)安全意識(shí)。

無(wú)機(jī)化學(xué)是四大基礎(chǔ)化學(xué)的重要分支，它是研究無(wú)機(jī)物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。其中元素?zé)o機(jī)化學(xué)是無(wú)機(jī)化學(xué)的重要組成部分，其內(nèi)容涉及元素周期表中所有元素單質(zhì)（放射性元素除外）及其化合物的存在、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、制備以及用途，是化學(xué)從事者以及愛(ài)好者必須學(xué)習(xí)和掌握的重要內(nèi)容之一。然而這部分內(nèi)容龐雜，頭緒繁多，掌握起來(lái)難度較大。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)元素?zé)o機(jī)化學(xué)的教學(xué)方法進(jìn)行了很多的探索和改革，對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)愛(ài)好者起到很好的指導(dǎo)作用，而涉及元素?zé)o機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)方法的研究卻較少[2-3]。作為一名長(zhǎng)期從事無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)和研究的愛(ài)好者，筆者在學(xué)習(xí)和研究元素?zé)o機(jī)化學(xué)的過(guò)程中，總結(jié)了幾條貫穿于元素?zé)o機(jī)化學(xué)整個(gè)課程的主線。掌握和運(yùn)用好這幾條主線，會(huì)大大促進(jìn)初學(xué)者對(duì)元素?zé)o機(jī)化學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和掌握，特和大家分享。

2 學(xué)好元素?zé)o機(jī)化學(xué)必須抓住的幾條主線

掌握并熟練運(yùn)用元素周期律 元素周期表是俄國(guó)科學(xué)家門(mén)捷列夫?qū)茖W(xué)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)，是近代化學(xué)發(fā)展史上一座光輝奪目的里程碑。元素周期表蘊(yùn)涵著豐富和深刻的內(nèi)涵，對(duì)整個(gè)化學(xué)和自然科學(xué)的發(fā)展都具有非常普遍的指導(dǎo)意義[4]。

元素周期律是元素周期表的一個(gè)直觀表現(xiàn)，它的基本內(nèi)容是：隨核內(nèi)質(zhì)子數(shù)遞增，核外電子呈現(xiàn)周期性排布，元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性遞變。元素的基本性質(zhì)主要包括原子半徑、（第一）電離能、（第一）電子親和能和電負(fù)性四部分內(nèi)容，它們?cè)谥芷诒碇械倪f變規(guī)律如表1所示[5]。掌握好這四個(gè)基本性質(zhì)在元素周期表中的遞變規(guī)律，有助于更好地學(xué)習(xí)、理解和掌握同族、同周期單質(zhì)或化合物性質(zhì)的遞變規(guī)律。

其中，原子半徑的周期性是四個(gè)基本性質(zhì)變化規(guī)律中最基本和最重要的。結(jié)合核電荷數(shù)、原子的電子層結(jié)構(gòu)等因素，原子半徑的周期性決定著其他三個(gè)基本性質(zhì)在周期表中的變化規(guī)律。從表1不難看出，（第一）電離能、（第一）電子親和能、電負(fù)性在周期表中的變化規(guī)律與原子半徑恰恰相反。

掌握了上述四個(gè)基本性質(zhì)的周期性，可以很輕松地理解、掌握元素周期表中很有規(guī)律的一些內(nèi)容，并同時(shí)學(xué)會(huì)舉一反三，起到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。例如，含氧酸酸性強(qiáng)弱取決于酸分子中質(zhì)子轉(zhuǎn)移傾向的強(qiáng)弱：

R-O-H+H2O→RO-+H3O+

質(zhì)子的轉(zhuǎn)移傾向越大，含氧酸的酸性越強(qiáng)，反之越弱。那么，質(zhì)子轉(zhuǎn)移的程度又取決于什么因素呢？質(zhì)子轉(zhuǎn)移的難易主要取決于與氧相連的R（即含氧酸中心原子）吸引羥基氧原子的電子的能力。具體來(lái)講，主要取決于R的三方面因素：半徑、電負(fù)性和氧化數(shù)。很明顯，R的半徑越小、電負(fù)性越大、氧化數(shù)越高，R吸引氧原子上電子的能力就越強(qiáng)，含氧酸的酸性就越強(qiáng)。因此，只要掌握了原子半徑、電負(fù)性在周期表中的變化規(guī)律，非金屬含氧酸酸性在周期表中的變化規(guī)律就很容易理解和掌握了。

要深刻理解和熟練運(yùn)用“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的科學(xué)思想 “結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”是化學(xué)學(xué)科的重要科學(xué)思想。深刻理解和掌握這個(gè)思想在元素?zé)o機(jī)化學(xué)中的運(yùn)用，對(duì)促進(jìn)此部分內(nèi)容學(xué)習(xí)具有非常重要的意義。結(jié)構(gòu)可以理解為兩層含義。

第一層含義：“結(jié)構(gòu)”代表的原子結(jié)構(gòu)，即核外電子的排布。如s區(qū)金屬，它的價(jià)層電子組態(tài)為ns1-2，因此，s區(qū)元素很容易失去一個(gè)或兩個(gè)電子，達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，也就是s區(qū)金屬表現(xiàn)出非常強(qiáng)的金屬性，在形成化合物時(shí)，主要以離子鍵為主。而ds區(qū)元素的價(jià)層電子組態(tài)為（n-1）d10ns1-2，雖然它們的最外層電子數(shù)與s區(qū)金屬相同，但是次外層卻是18電子構(gòu)型；由于18電子構(gòu)型對(duì)核的屏蔽效應(yīng)較小，使得原子核對(duì)最外層電子的吸引力增強(qiáng)，因此，ds區(qū)金屬較s區(qū)金屬的金屬性要弱得多。同時(shí)，具有18電子構(gòu)型的金屬離子具有很強(qiáng)的極化力和變形性，因此，ds區(qū)金屬很容易形成共價(jià)化合物。

再如稀有氣體由于具有8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此它們很難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成具有化學(xué)鍵的物質(zhì)。直到1962年，英國(guó)科學(xué)家巴特列敏銳地觀察到PtF6和Xe的第一電離能大小接近，一個(gè)史無(wú)前例的嘗試打破了稀有氣體完全惰性的神話。此后，很多氙的化合物被合成出來(lái)。對(duì)于這一新生事物，初學(xué)者乍掌握起來(lái)覺(jué)得很難，無(wú)法從眾多的反應(yīng)方程式中把握住氙化合物的總體反應(yīng)特征。利用“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的科學(xué)思想，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這類(lèi)化合物表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性。為什么呢？當(dāng)穩(wěn)定的8電子構(gòu)型被打破，它們力求恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此，氙的化合物均表現(xiàn)出非常強(qiáng)的氧化性，且還原產(chǎn)物多數(shù)為單質(zhì)。endprint