2018-05-02 09:52:03

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单质分子是同一种元素组成的分子。

单质分子是同一种元素组成的纯净物,单质分子就是同一种元素组成的分子,一种化学术语,如氧气、氢气等等。

基本信息

  • 中文名

    单质分子

  • 外文名

    single molecule

  • 种类

    主族气体、稀有气体、部分非金属

  • 含义

    同一种元素组成的分子

  • 单质的定义

    同一种元素组成的纯净物

目录

折叠 编辑本段 定义

单质分子就是同一种元素组成的分子,一定是纯净物。

折叠 编辑本段 书写

单质分子的化学式书写:皆由化学式表示,如氧气分子O2、臭氧分子O3、氮气分子N2。

单质分子单质分子

折叠 编辑本段 种类

折叠 一、活泼的非金属气体单质

①氢分子与氢气分子:H2、D2、T2、HD、HT、DT、H3。

氢分子包括 H2、D2、T2、HD、HT、DT。

氢气分子是 H2。

氢有三种同位素分别是:氕H、氘D、氚T。

由这三种同位素可以组成六种单质,分别是H2、D2、T2、HD、HT、DT。

氢气分子是指H2,因为D,T在自然界含量极少。

D2、T2、HD、HT、DT反应很难生成,一般是用物理方法生成。

H3是一个类似三角形的分子,实际上,宇宙中存在着它的一价正离子,其存在可以用分子轨道理论解释。[2]

②氮分子与氮气分子:N2、N3、N4、N5、N5。

氮气分子的分子式是N2,但操作时要密闭操作,提供良好的自然通风条件。且操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。

其他几种氮分子:N3、N4和N5。

N3其实应该说也是离子,如N,我们生活中常出现的叠氮酸根是也,至于分子,恐怕没这个阴离子稳定,笔者也没见过,不敢妄言。[2]

N4是一种由四个氮原子组成的氮单质,其分子呈正四面体形。N4与N2、N3是同素异形体[1]

N5则是一个V型分子,是一种极不稳定的物质,可用来开发炸药(研制过程中就造成实验室内出现小型爆炸),类似的,比如意大利科学家发现了呈正方形结构而不是正四面体的O4分子,这种物质也是十分不稳定,极易转化为O2。[2]

还有一种氮五正离子:N5。它由美国空军研究实验室推进科学与先进概念部Karl .O. Christed等于1999年成功合成。其化合物N5(AsF6)极易爆炸,而后合成的N5(AsF6)较为稳定。[3]

③氧分子与氧气分子:O2、O3、O4、O8。

氧气分子,化学式O2,式量32.00,无色无味气体,氧元素最常见的单质形态。熔点-218.4℃,沸点-183℃。不易溶于水,1L水中溶解约30mL氧气。在空气中氧气约占21% 。液氧为天蓝色。固氧为蓝色晶体。常温下不很活泼,与许多物质都不易作用。但在高温下则很活泼,能与多种元素直接化合,这与氧原子的电负性仅次于氟有关。同素异形体:臭氧(O3),四聚氧(O4),红氧(O8)。[4]

臭氧分子O3为氧元素的另外一种分子,臭氧(O3)又称为超氧,是氧气(O2)的同素异形体,在常温下,它是一种有特殊臭味的淡蓝色气体。臭氧主要存在于距地球表面20~35公里的同温层下部的臭氧层中。在常温常压下,稳定性较差,可自行分解为氧气。臭氧具有青草的味道,吸入少量对人体有益,吸入过量对人体健康有一定危害(不可燃,纯净物)氧气通过电击可变为臭氧。[5]

O4又叫"四聚氧",这种氧的同素异形体预计构型为正四面体或者矩形,从两种构型中性分子O4,正一价分子O4和负一价分子O4的基态电子结构,并根据能量最低原则确定了各自的结构参数,从而得到了O4分子2种结构的基态总能量、一价电离能及电子亲合势能.与氧原子、普通氧分子O2和臭氧分子O3的计算结果比较,显示O4分子可以以正方形结构或正四面体结构形式存在,其中正方形结构更有可能是O4分子的真实空间结构。[6]

红氧:分子式O8,又名氧8、ε氧,是氧的一种单质形式,与氧气(O2)、臭氧(O3)、氧4(O4)等互为同素异形体。它表现出单斜晶系中的C2/m对称,它对红外线的吸收被认为是氧分子的联合的堆砌的结果。液氧已被用作火箭中的氧化剂,红氧则被认为可能会是更好的氧化剂,因为它能量密度更高。研究人员认为这种结构可能极大地影响对元素结构的研究。600K以上的温度下,17GPa的压强亦能生成此相态。气压为11GPa时,O8原子簇内的键长为0.234纳米,原子簇之间距离为0.266纳米。而氧分子O2的键长是0.120纳米。研究中O8原子簇的构成原理尚不清楚,研究人员认为氧分子间电荷的运动或者磁矩在这种构成中起重要作用。[7]

折叠 二、稀有气体单原子分子

稀有气体单原子分子:He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn。

稀有气体或惰性气体是指元素周期表上的18族元素(IUPAC新规定,即原来的0族)。在常温常压下,它们都是无色无味的单原子气体,很难进行化学反应。天然存在的稀有气体有六种,即(He)、(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和具放射性的(Rn)。而Uuo是以人工合成的稀有气体,原子核非常不稳定,半衰期很短。根据元素周期律,估计Uuo比氡更活泼。不过,理论计算显示,它可能会非常活泼,并不一定能称为惰性气体。然而,碳族元素鈇(Fl,原临时命名为Uuq)表现出与稀有气体相似的性质[1]。

稀有气体元素的基本性质列于下表中。

性 质

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

颜 色

无色

无色

无色

无色

无色

无色

光谱颜色(放电管中)

粉红

蓝紫

蓝绿

亮白色

-

气体密度(g/L)

0.1785

0.9002

1.7809

3.708

5.851

9.73

熔点(K)

0.95

24.5

84.0

116.6

161.2

202.2

沸点(K)

4.25

27.3

87.5

120.3

166.1

208.2

溶解度(mol/L,293K)

13.8

14.7

37.9

73

110.9

-

临界温度(K)

5.25

44.45

153.15

210.65

289.75

377.65

气化热(kJ/mol)

0.09

1.8

6.3

9.7

13.7

18.0[8]

折叠 三、卤族元素

卤族元素:F2、Cl2、Br2、I2、At2。

氟(F)

共价半径/Å: 0.72

电子构型: 1s2 2s2p5

  1. 单质:氟气,淡黄色
  2. 水溶液(溶解度为20℃的数据):与水剧烈反应(即氢氟酸2F2+2H2O==4HF+O2)
  3. 银盐:AgF,白色,可溶于水
  4. 其他:K/Na + 单一卤素的均为白色,液体透明无色

氟气常温下为淡黄色的气体,有剧毒。与水反应立即生成氢氟酸和氧气并发生燃烧,同时能使容器破裂,量多时有爆炸的危险。氟、氟化氢(氢氟酸)对玻璃都有较强的腐蚀性。氟是氧化性最强的元素(而且不具有d轨道),只能呈-1价。单质氟与盐溶液的反应,都是先与水反应,生成的氢氟酸再与盐的反应;通入碱中可能导致爆炸。水溶液氢氟酸是一种中强酸。但却是稳定性最强的氢卤酸,因为氟原子含有较大的电子亲和能。如果皮肤不慎粘到,将一直腐蚀到骨髓。化学性质活泼,能与几乎所有元素发生反应(除等惰性气体)。

氯(Cl)

英文名称:Chlorine

原子序数:17[1]

相对原子质量:35.4527

原子半径/Å: 0.97

原子体积/cm3/mol: 22.7

共价半径/Å: 0.99

电子构型: 1s2 2s2p6 3s2p5

离子半径/Å: 1.81

  1. 单质:氯气:黄绿色
  2. 水溶液(溶解度为20℃的数据):氯水:黄绿色,溶解度0.09mol/L
  3. CCl4溶液:黄绿色
  4. 苯溶液:黄绿色
  5. 银盐:AgCl:白色,难溶于水
  6. 其他:CuCl2固体(无结晶水):棕黄色 ;CuCl2溶液:蓝色(形成络合物呈墨绿色);FeCl3溶液:黄色FeCl2溶液:浅绿色[2]

氯气常温下为黄绿色气体,可溶于水,1体积水能溶解2体积氯气。有毒,与水部分发生反应,生成盐酸(HCl)与次氯酸(HClO),次氯酸(HClO)不稳定,分解放出氧气,并生成盐酸,次氯酸氧化性很强,可用于漂白。氯的水溶液称为氯水,不稳定,受光照会分解成HCl与氧气。液态氯气称为液氯。HCl溶液是一种强酸。氯有多种可变化合价。氯气对肺部有强烈刺激。氯可与大多数元素反应。氯气具有强氧化性,氯气与变价金属反应时,生成最高金属氯化物 。通常所说的元素随其价态升高氧化性增强,但氯的含氧酸氧化性大小为HClO>HClO2>HClO3>HClO4。

溴(Br)

英文名称:Bromine

原子序数:35[1]

相对原子质量:79.904

原子半径/Å: 1.12

原子体积/cm3/mol: 23.5

共价半径/Å: 1.14

电子构型: 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p5

离子半径/Å: 1.96

相关颜色:

  1. 单质:液溴:深红棕色
  2. 水溶液(溶解度为20℃的数据):溴水:橙色,溶解度0.21mol/L(由于浓度不同在题中可能会出现如下颜色:黄色,棕红(红棕)色)
  3. CCl4溶液:橙红色
  4. 苯溶液:橙红色
  5. 酒精溶液:橙红色
  6. 银盐:AgBr:淡黄色,难溶于水
  7. 其他:BaBr2溶液:无色;CuBr2固体:黑色结晶或结晶性粉末;MgBr2溶液:无色

液溴,在常温下为深红棕色液体,可溶于水,100克水能溶解约3克溴。挥发性极强,有毒,蒸气强烈刺激眼睛、粘膜等。水溶液称为溴水。溴单质需要存储容器的封口带有水封,防止蒸气逸出危害人体。有氧化性,有多种可变化合价,常温下与水微弱反应,生成氢溴酸次溴酸。加热可使反应加快。氢溴酸是一种强酸,酸性强于氢氯酸。溴一般用于有机合成等方面。还可用于一些物质的萃取(如碘)。

碘(I)

英文名称:Iodine

原子序数:53[1]

相对原子质量126.90447

原子半径/Å:1.32

原子体积/cm3/mol:25.74

电子构型:1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10 5s2p5

离子半径/Å:2.2

共价半径/Å:1.33

相关颜色:

  1. 单质:碘单质:紫黑色;碘蒸气;紫色
  2. 水溶液(溶解度为20℃的数据):碘水:棕黄色,溶解度0.0013mol/L(由于浓度不同,在题中可能会出现如下颜色:棕黄色,紫(红)色,褐色)
  3. CCl4溶液:紫色
  4. 苯溶液:紫色
  5. 酒精溶液:褐色
  6. 银盐:AgI:黄色,难溶于水

碘在常温下为紫黑色固体,具有毒性,易溶于汽油、乙醇、苯等溶剂,微溶于水,加碘化物可增加碘的溶解度并加快溶解速度。100g水在常温下可溶解约0.02g碘。低毒,氧化性弱,有多种可变化合价。有升华性,加热即升华,蒸汽呈紫红色,但无空气时为深蓝色。有时需要加水封存。氢碘酸为无放射性的最强氢卤酸,也是无放射性的最强无氧酸。但腐蚀性是所有无放射氢卤酸中最弱的,因为碘原子的半径较大,电子亲和能与电负性较小,易于损失氢离子。有还原性。 碘是所有卤族元素中最安全的,因为氟、氯、溴的毒性、腐蚀性均比碘强,而砹虽毒性比碘弱,但有放射性。但是,碘对人体并不安全,尤其是碘蒸气,会刺激粘膜。即使要补碘,也要用无毒的碘酸盐(如碘酸钾KIO₃)。所以所有的卤族元素对人体都不安全。

砹(At)

英文名称:Astatine

砹的半衰期:8.3小时

原子序数:85[1]

相对原子质量:209.9871

原子半径/Å: 0.57

原子体积/cm3/mol: 17.1

共价半径/Å: 0.72

电子构型: 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f14 5s2p6d10 6s2p5

离子半径/Å:1.33

砹(At)极不稳定。砹210是半衰期最长的同位素,其半衰期也只有8.3小时。地壳中砹含量只有10亿亿亿分之一,主要是镭、锕、自动分裂的产物。砹是放射性元素。其量少、不稳定、难于聚集,其 "庐山真面目"谁都没见过(金属性应该更强。颜色应比碘还要深,可能呈黑色固体)。但科学家却合成砹的同位素20种。砹的金属性质比碘还明显一些,可以与银化合形成极难还原的AgAt。砹与氢化合产生的氢砹酸(HAt)是最强的、最不稳定的氢卤酸,但腐蚀性是所有氢卤酸中最弱的。

Uus(117号元素)

2010年,总部位于俄罗斯首都莫斯科郊外的杜布纳联合核研究所成功合成了117号新元素--在实验室人工创造的最新的超重元素。一篇描述了这个新发现论文已经被《物理评论快报》接受发表。新元素目前尚未被命名,放入元素周期表的116号元素和118号元素之间的位置,这两者都已经被发现。这种超重元素通常是具有非常强的放射性,并且几乎立即会发生衰变。但是,许多研究人员认为甚至更重的元素也可能占据一个可以让超重原子坚持了一段时间"稳定岛"。新的工作进一步支撑了一观点。对新元素的进行放射性衰变分析后,尤里的研究小组在新的论文中写道:"为预测超重元素'稳定岛'的存在提供了试验验证"。由俄罗斯杜布纳的联合核研究所的尤里领导的研究小组报告称用含有97个质子和152个中子的锫-249轰击Ca-48--一种有20个质子和28个中子组成的Ca-40的同位素。撞击会生成两种拥有117个质子的同位素,其中一种核素有176个中子,而另一种核素有177个中子。

2012年,俄罗斯科研小组再次成功合成117号元素,从而为117号元素正式加入元素周期表扫清了障碍。虽然2010年就首次成功合成了117号元素,然而国际理论与应用化学联合会(IUPAC)要求杜布纳联合核研究所再次合成该元素,之后他们才能正式批准将它加入元素周期表。杜布纳联合核研究所的一名高级负责人说,研究小组已经成功完成了验证工作,并向IUPAC正式提交117号元素的登记申请;如果顺利,117号元素将会在一年内被命名,并归入元素周期表。据悉,杜布纳联合核研究所使用粒子回旋加速器,用由20个质子和28个中子组成的钙48原子,轰击含有97个质子和152个中子的锫249原子,生成了6个拥有117个质子的新原子,其中的5个原子有176个中子,另一个原子有177个中子。

已知的性质

名称 符号, 序数 Uus、Uus、117

系列 卤素

族,周期 元素分区 17族(卤族)(第ⅦA族),7, p

颜色和外表 未知;可能是金属态;

银白色或灰色

原子量 [291] 原子量单位

价电子排布 可能为[氡]5f146d107s27p5

电子在每能级的排布 2, 8, 18, 32, 32, 18, 7

原子序数:117

相对原子质量:[291]

核内中子数:173

核内质子数:117

核外电子数:117

核电荷数:117

所属周期:7[9]

折叠 四、其他非金属固体

非金属固体单质分子:B80、C28、C32、C50、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C240、C540、C720、C960、C1500、C2160。

这些分子大部分是预测的,详见词条富勒烯。

参考资料
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