首页 > 业界动态

怎么知道元素都有哪些价态?

来源:企鹅电竞官网    发布时间:2024-02-15 11:48:42

  比较便捷的方法是看书或看文献,比如格林伍德《元素化学》上册P45就有下面这张图。

  注:这本书是上个世纪的东西,近几十年更新了许多新的化合价或氧化态,需要自行查阅文献。

  铁是过渡金属,特点是形成的化合物种类非常之多,价态多样。在中学阶段不要去记它到底有多少种价态,没啥意义。能见到的铁有0, +2、 +3、 +4、 +5、 +6等等,说了等于没说。

  即使上了大学也不会考你铁有多少种价态,因为价态理论是个过时的理论,并没什么意义,本身解释过渡金属就漏洞百出。高考没事给你整一个带小数点的价态都有可能。

  类似的元素还有Cr、Mn、Fe、Cu等,见到几个常见的了解一下记下就可以了。

  (1)一般初中只学八隅律,即最外层电子总是八个的状态最稳定,这对前20个元素大多数情况都适用。所以有办法让原子最外层的电子排够8个的,价态都可以。

  (2)元素一般分成金属和非金属,金属多正价,非金属多负价。在交界处的可正可负。

  (3)电子总是要成对的,所以价态总是出现全都是单数或者都是双数,但不绝对。其中,搞事情比较多的是C、Si、N,他们在范围里出现什么都不稀奇,因为C-C,Si-Si都能成键,价态自由,因而有机物也不用价态理论描述。Si能形成类似C的结构,比如各种硅烷。N也有类似的情况。过渡金属不遵守这一条,尤其Cr,Mn,Fe,Cu等。

  (4)元素周期表越靠下(周期数越多),情况越复杂,前面总结的规律就会逐渐失效。因为第一条八隅律只对20号之前的元素有效。从21过渡金属开始,次外层电子开始参与化学反应,外层空轨道也开始参与化学反应,出现各种配合物和高价态的情况。

  (1)从21号开始次外层可以比8电子多,最多到18,这有5个新轨道可以填充电子。这里铁有6个电子放在这里,所以能有+6价,还可以有+8价。

  (2)多一条新规律,轨道在半充满和全充满的时候最稳定,就出现了这里可以放五个电子的情况。所以Fe这6个电子少一个更好,+3价最常见。

  (3)还有更离谱的是,我可以从氨分子、水分子这种有极性的分子借电子,来让这五个的轨道稳定。比如银镜反应常见的氨合银离子。铁还会出现奇怪羰基铁 Fe(CO)5 和二茂铁 Fe(C5H5)2 这些离谱的化合物。

  从接触化学的那一天起,常规考试不会出这种题目,因为即使是专门研究的人也没有研究明白,何况是一名学生,有这种问题也很正常,与当下的教育方式有直接关系,研究领域中也存在学科歧视的问题,通俗的说,就是学科也存在鄙视链。要不然怎么会出现理科四大天坑和文科四大天坑专业的提法,而且很多专业设置总是莫名其妙,换句话说,不是让你学东西更简单,而是怎么复杂怎么来,这与一些老学究有极大的关系,他们中的很多人属于没有科研天赋,也没什么可以传授的东西,用一句话概括,墙上芦苇,头重脚轻根底浅,山间竹笋,嘴尖皮厚腹中空

  主族元素的最外层电子都是价电子(个别的有可能少量的次外层电子也可以参与成键),关键是可以不可以成键,与化学反应的能量和成键方式有关。例如氯原子,可以有-1~+7的所有价态,但是实际上+2和+6的没有稳定或简单的单体分子,要么是混合价,要么是自由基

  过渡金属中分为两类,一类是价态只有一种或两种的,主要是与主族靠近的那些元素,价态相对来说还是比较少(例如锌,镉,汞,钪,钇,镧系元素),另一类则是价态比较多的情况(例如铁,铬,铂系元素),这类元素价态比较多的,各级电离能差距不大,化学反应能做到,只是这种多价态主要出现在与氧原子和氟原子结合时,与其他原子结合时比较难出现这样一种情况,氟原子和氧原子与过渡金属形成化合物时,有些化合物不能直接获得,即氟原子和氧原子非常容易出现高价金属化合物,其他原子很难出现高价,甚至只能产生低价化合物

  一个元素存在哪些价态,主要是由它的原子结构所决定的,能够最终靠原子结构、电子排布以及元素所处的位置在元素周期表上来初步判断该元素有几率存在哪些价态。一些普遍的元素价态列表,如下所示:

  对于某些元素如铁,为什么似乎不存在某些常见的价态?这主要与其原子结构和元素周期表上的位置有关。元素的原子结构(如电子排布)影响着元素可能的化学反应和价态范围。在不同的化学环境下,元素可能表现出不同的化学活性和反应性质,这也会影响元素原有的价态范围。例如,铁原本具有+4、+5价态,但在标准状况下,Fe(IV)和Fe(V)非常容易被还原,因此难以稳定存在。因此,铁的常见价态只有+2和+3。

  为什么没有?只是对应价态因为热力学上的原因容易歧化,正常情况下比较难得到,但是经过控制动力学因素比如降温增大位阻等得到。至于为什么热力学上会歧化?可以先去看一下大一电化学的部分,里面会给一些数据,然后学一点结构化学,但要完全从理论上预测和解释很多都不好解释,所以很多还是只能靠“积累”。

  学学电子云排列规律模型,具体来说主要有泡利不相容原理、能量最低原理、洪特定则等。这样的话了某个原子的理论最高价态和最低价态。

  举个例子,碳原子最外层4个电子,最多失去4个电子,最高+4,最多得到4个电子,最低-4。这是理论值,理论上介于最高最低价态的都有可能。

  但是实际上只有某些价态能达到结构稳定,比如说一氧化碳,CO,这是实际值。

Views: