高中化學(xué)教材中金屬性與非金屬性的正確表述

鄭建鋒

摘 要： 作為高中化學(xué)教材中最重要的內(nèi)容，元素的金屬性或非金屬性相關(guān)知識(shí)對(duì)學(xué)生而言有極大的難度。本文主要以元素周期表中的元素為研究對(duì)象，對(duì)其元素金屬性與非金屬性的客觀遞變規(guī)律進(jìn)行了深入研究。在闡述了高中化學(xué)教材中對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)表達(dá)的基礎(chǔ)上，針對(duì)其表達(dá)上的失誤或不足進(jìn)行了改正和調(diào)整，從而使得與之相關(guān)的表達(dá)更具正確性。

關(guān)鍵詞： 高中化學(xué)教材 金屬性 非金屬性

在高中化學(xué)中，現(xiàn)代物質(zhì)的結(jié)構(gòu)理論不僅是整個(gè)學(xué)科的重要基礎(chǔ)理論，更是整個(gè)高中化學(xué)教材內(nèi)容的重中之重。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，目前高中化學(xué)教材中，對(duì)于物質(zhì)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)等的安排不甚合理，其最突出的問題就是元素金屬性和非金屬性的表達(dá)。該問題也是現(xiàn)階段化學(xué)界人士廣泛關(guān)注的。

一、元素金屬與非金屬特性的概念

從理論分析，不論是元素的金屬性，還是其非金屬性，都針對(duì)的是原子個(gè)體。簡單而言，就是指該元素原子丟失或捕獲電子的難易程度的性質(zhì)。如果單個(gè)原子很容易就將電子失去，那么該原子具有的金屬特性就會(huì)很強(qiáng)。反之，如果單個(gè)原子很容易就將電子捕獲，那么該原子具有的非金屬特性也一定很強(qiáng)。

二、高中化學(xué)教材對(duì)元素金屬與非金屬特性遞變規(guī)律的表達(dá)

就元素而言，無論是其金屬性，還是其非金屬性，都存在客觀的遞變規(guī)律。在高中化學(xué)現(xiàn)階段應(yīng)用的教材中，對(duì)其進(jìn)行的描述有兩點(diǎn)。

第一點(diǎn)，相同周期內(nèi)，雖然各個(gè)元素原子核的最外層電子在層數(shù)上普遍相同，但自左往右進(jìn)行對(duì)比分析后可以發(fā)現(xiàn)，在元素原子的核電荷數(shù)持續(xù)增加的同時(shí)，其半徑卻剛好相反，呈現(xiàn)不斷遞減的態(tài)勢。另外，當(dāng)元素原子越來越容易失去電子時(shí)，其捕獲電子的能力會(huì)與之相反，呈現(xiàn)不斷變強(qiáng)的態(tài)勢。因此，對(duì)元素原子而言，其金屬與非金屬特性呈現(xiàn)反比關(guān)系，前者不斷變?nèi)酰瑒t后者會(huì)不斷變強(qiáng)。這一變化規(guī)律可以直接從元素周期表中的第三周期，即Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、Ar等元素中得到證明。

第二點(diǎn)，相同主族元素內(nèi)，針對(duì)元素進(jìn)行自上而下的分析可以發(fā)現(xiàn)，元素的電子層數(shù)在遞增的同時(shí)，其原子半徑也在遞增，相應(yīng)地，其失去電子的能力遞增，獲得電子的能力卻遞減。所以，對(duì)元素原子而言，其金屬與非金屬特性之間呈現(xiàn)的是反比關(guān)系，前者不斷增強(qiáng)，則后者不斷減弱。該遞變規(guī)律可從鹵族元素（F、Cl、Br、I、At）和堿金屬元素（Li、Na、K、Rb、Cs、Fr）的性質(zhì)遞變中獲得驗(yàn)證。

三、金屬與非金屬特性變化規(guī)律的正確表達(dá)

針對(duì)高中教材中描述的金屬性與非金屬性遞變規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)，雖然這一表述基本上沒有問題，但是其全面性和針對(duì)性都不足。也就是說，這一表述只是簡單地反映了元素金屬性和非金屬性的變化規(guī)律，并沒有具體反映出普遍變化中個(gè)別元素的非規(guī)律性變化。

就原子落空電子的難易程度而言，可以利用電離能輔助解釋。當(dāng)原子處于基礎(chǔ)狀態(tài)時(shí)，如果想要變成氣體狀 態(tài)的陽性離子，就必須落空至少一個(gè)電子。故此，該原子的第一電離能，便是該過程中的原子落空一個(gè)電子所需的能量。其中，電離子能力越小，原子就越有可能落空電子，與此同時(shí)，其金屬性就愈強(qiáng)。從客觀角度分析，影響原子電離能大小的因素很多，不僅包括自身核電荷數(shù)，還包括自身原子半徑，以及原子核的最外層電子布局情況。一般情況下，相同周期內(nèi)的元素原子，其電離能會(huì)跟隨自身原子序數(shù)的變化而變化，即原子序數(shù)從左往右增加，則電離能也隨之增加。但是，當(dāng)相同能量的軌道電子填充出現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的原子，如全空時(shí)，前面元素的原子電離能就很有可能比后面相鄰元素的高。例如，第二周期內(nèi)的Be元素和N元素，以及第三周期的Mg元素和P元素，其原子的電離能都高于其相同周期內(nèi)后面相鄰的元素原子。另外，在相同族內(nèi)，電離能的變化規(guī)律大多跟相同周期內(nèi)一樣，與原子的序數(shù)直接相關(guān)，即原子的序數(shù)不斷變大，其電離能隨之不斷變大。但是，對(duì)周期表中的鑭系元素及其后續(xù)元素而言，這一規(guī)律并不成立。受“鑭系收縮”效應(yīng)的影響，這些元素和第五周期中與之同一主族的元素在其自身原子半徑上沒有明顯差別，而在電離能大小上，卻有超越的可能性。表1為元素周期表中第五、六周期中各項(xiàng)成分的第一電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

表1 第Ⅴ、Ⅵ周期中各項(xiàng)元素的第一電離能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由上可知，第Ⅵ周期中，自鉻開始，一直到鉛，其電離能變化規(guī)律都相悖于慣律，即均高于第Ⅴ周期中與之對(duì)應(yīng)的同一主族元素。由此可以認(rèn)為，Pb的金屬性弱于Sn。

就元素原子捕獲電子的難易程度而言，可以用電子親和力進(jìn)行比較闡述。當(dāng)原子處于氣態(tài)的基礎(chǔ)狀態(tài)時(shí)，想要形成氣體狀態(tài)的陰離子，就必須捕獲一個(gè)電子，而電子的第一親和能，便是該過程中捕獲一個(gè)電子所需要的能量。與其第一電離能相似，在各周期中都有個(gè)別特殊情況發(fā)生。表2為第Ⅱ、Ⅲ期中各主族成分電子的親和能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

表2 第Ⅱ、Ⅲ周期中各主族成分電子的親和能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由上表可知，電子親和能最小的，并不是每一主族中出現(xiàn)在第二周期的元素，而是第三周期或是周期更大的元素。例如第三周期中的Cl元素和S元素的電子親和能就比第二周期中的同族F元素和O元素的大。因此，不能盲目認(rèn)為該周期中非金屬性最強(qiáng)的是F元素。

結(jié)語

本文僅針對(duì)元素金屬性及非金屬性中遞變規(guī)律進(jìn)行了研究和分析，舉例證明了高中教材中對(duì)于該知識(shí)點(diǎn)的表述不足。故此，希望在之后的教材選編中，針對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)的表述更加正確、全面。

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