第18章 氢和稀有气体

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1、第18章氢和稀有气体氢1主要内容2稀有气体3主族元素总结123稀有气体He，Ne，Ar，Kr，Xe，Kr氦、氖、氩、氪、氙、氡通常列于碱金属IA族顶端H氢氢H氢存在于地球、太阳及木星等天体上，是最丰富的元素大气中少量的氢气，H2O，及其他无机化合物和有机化合物中化合态的氢氢与IA，IVA，VIIA元素的性质都有相似之处，但又不完全相同。氢是唯一值得单独考虑的元素。氢H稀有气体稀有气体基态的价电子构型除氦的ns2以外，其余均为ns2np6。在接近地球表面的空气中，1000dm3空气中约含有9.3103cm3氩、18cm3氖、5.2cm3氦、1.14

2、cm3氪和0.086cm3氙。氡是镭等放射性元素蜕变的产物。1894年，雷利（Rayleigh）与拉姆赛（Ramsay）合作，报道了稀有气体氩。周期表中零族的6种稀有气体元素是在1894－1900年间陆续被发现的。1895年，他们又从空气中发现了氦。1900年，德国人道恩在某些放射性矿物中又发现了氡。至此，周期表中零族元素全部被发现。由于它们的惰性，被命名为“惰性气体元素”。1898年，拉姆赛等人从空气中连续分离出来氖、氪和氙。18－1氢18－1－1氢的成键方式氢形成化学键的主要方式，依赖于其核外电子的得、失、共用三个过程。1失电子方式氢的1s电子

3、可以失去形成H+离子，H+仅是一个质子，其极化能力很强。在水溶液中，有溶剂水参与的情况下，H+离子将与溶剂分子结合成H3O+。2得电子方式氢原子能够获得一个电子，达到氦核结构1s2，形成含H–的氢化物。H–只存在于活泼金属的氢化物中，氢同碱金属、碱土金属只有在较高温度下才能生成含有H–的氢化物。这类氢化物具有离子化合物的共性。3共用电子对——共价键的形成在大多数含氢化合物中，H原子都与其它元素的原子共用一对电子，或者说形成一个共价键。除H2分子外，大部分含氢化合物都具有一定极性，呈现不同的物理性质和化学性质。4特殊键型（1）氢桥键在第13章硼的氢化

4、物中曾接触过氢桥键，与经典共价键的区别在于它不是在两个原子之间共用一对电子所形成的，而是三中心两电子键，这主要是由于硼的缺电子特点造成的。（2）氢桥配位键在特殊的情况，氢也可以作桥联配体，形成氢桥配位键，如下图所示的[Cr2HCO10]－配阴离子中就有桥氢配体。（）COCOOCCrCOOCHCrCOCOCOCOOC－（3）金属型氢化物如ZrH1.30，LuH2.87均已制得。氢原子可以填充到许多过渡金属原子之间的空隙中，形成一类非整比化合物，称之为金属型氢化物。生物体内的蛋白质是多个氨基酸以肽键缩合而成的长链分子，长链的蛋白质分子之间就是靠氢键相连

5、接的。氢键不能算作一种化学键，其键能的大小介于化学键与范德华力之间。长链的蛋白质分子之间就是靠氢键相联结的，如羟基的氧和氨基的氢之间有氢键。CONHCHCHRCONHRCONHCOCHRNHCOCHRNH长链的蛋白质分子自身可以形成螺旋形构型，这种结构就是靠分子内氢键来稳定的。DNA的双螺旋是两条螺旋形分子通过氢键结合起来的超分子结构。18－1－2氢气的性质与制备1氢气的性质氢有三种同位素：氕H、氘D和氚T。普通的氢和氘有稳定的核，氚是一种不稳定的放射性同位素，发生衰变，其半衰期为12.26年：1H——2He+e–33氕H、氘D和氚T原子核外均有

6、一个电子，所以它们的化学性质基本相同。但这三种同位素的质量相差较大，导致它们的单质和化合物在物理性质上有很大差别。氕、氘、氚及其形成的氢单质的物理性质同位素丰度/%原子质量单质熔点/K单质沸点/K单质临界温度/K(1H)，H99.9851.00782513.9620.3033.19(2H)，D0.0152.01410218.7323.6738.35(3H)，T～10–163.01604920.6225.0440.6(预测)常温下，氢气无色，无味，无臭，在水中溶解度很小。分子间色散力很小，难于液化，沸点是－253℃。氢分子中H－H键的键能435.88

7、kJmol-1，比一般单键的键能高出很多，同一般双键的键能相近。因此，常温下氢分子具有一定程度的惰性，与许多物质反应很慢，但某些特殊的反应也能迅速进行。H2和F2的混合物在没有光照时亦将爆炸化合。H2和Cl2的混合物在光照下爆炸，发生化合反应。H2和O2的混合物在常温下点燃会发生爆炸反应。高温下，H2与活泼金属反应，生成金属氢化物：H2+2Na——2NaH这是制备金属氢化物的基本方法。在特定的温度、压力下，采用特定的催化剂，H2和CO反应，可以合成一些有机化合物，例如CO+2H2——CH3OH（g）原子氢是一种比分子氢更强的还原剂，可同锗、锡、砷

8、、锑、硫等直接作用生成相应的氢化物。As+3H——AsH3S+2H——H2S原子氢还能把某些金属氧化物或氯化物迅速还原成金