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1、第18章氢和稀有气体氢1稀有气体2主族元素总结3主要内容18.1氢18-1-2氢的成键特征氢(H)是周期表中第一个元素,具有最简单的原子结构,由1个带+1正电荷的核和1个电子组成.基态时电子处于1s轨道(1s1);电负性为2.2;电子亲和势为EA=-72.8kJ·mol-1;I=1312kJ·mol-1;r=37pm.一.失去电子失去一个电子,形成H+质子,r=1.5×10-3pm由于H+半径特别小,具有很强的正电场,能使与它相邻的分子的电子云发生强烈的变形.除了气态的质子流外,并不存在自由的质子,它总
2、是与别的分子或原子结合在一起的.如:H3O+,H9O4+,H5O2+,NH4+等.二.获得电子氢原子获得一个电子,达到氦原子的1s2的结构,形成负氢离子H-.这是氢和活泼金属在高温下相化合形成离子型氢化物时的价键特征.由于H-离子的核外电子数是核的质子数的2倍,故核对核外两电子的吸引力很弱,使H-离子半径很大(理论计算208pm),容易变形,这种弱的吸引力使H-离子具有高的可压缩性.(125pm~155pm)如LiH(r(H-)=137pm)→CsH(r(H-)=152pm)H-离子只存在于离子性氢化物
3、中,H-离子具有强的还原性:H2+2e-→2H-,EӨ=-2.25V2H-+H2O→H2↑+2OH-,H-+H+→H2↑三.共用电子对—形成共价键氢原子和其它非金属原子(除稀有气体外)结合,共用电子对而形成共价型氢化物.如HX,NH3,H2O,CH4等,H原子的1s轨道与非金属原子的价轨道或杂化轨道重叠形成共价单键(σ键).除H—H键为非极性键外,在其余的共价型氢化物中,所形成的共价键在某种程度都具有极性键的特征.四.特殊键型1.氢桥键(B—H—B)三中心二电子氢桥键3c-2e氢桥键2.氢桥配位键在特殊
4、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[Cr2H(CO)10]－配阴离子中就有桥氢配体(3c-2e)。COCOOCCrCOOCHCrCOCOCOCOOC－3.金属型氢化物如ZrH1.30，LaH2.87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。4.单电子键和三中心二电子键[HH]+·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五.形成氢键
5、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。一.氢在自然界中的分布氢是宇宙间所有元素中含量最丰富的元素.估计占所有原子总数的90%.18-1-2氢气的性质与制备在地球上氢的含量也很丰富,约占地壳质量的0.76%.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二.氢的三种同位素名称符号同位素丰度氕/普通氢1H99.98%氘2HorD0.0156%氚3HorT~10-16%氢的三种同位素具有相同的电子构型(1s1),化学性质十分相似,但单质或化合物的物理性质上差别较大,这
6、种差异源自核的质量数的不同.——同位素效应.氚(T)是一种不稳定的放射性同位素,半衰期为12.35年.β衰变氘和氚是核聚变反应的原料,如太阳发射出来的巨大能量,来源于组成太阳的氢原子同位素间的核聚变反应:用中子轰击锂6Li产生:T名称氢/氕氘氚符号1HorH2HorD3HorT原子质量/u1.00782.01413.0160解离能/kJ·mol-1435.88443.35446.9X2熔点/K13.9618.7320.63X2沸点/K20.3923.6725.04X2O的熔点/K273.15276.96
7、277.63X2O的沸点/K373.15374.57374.72氢的三种同位素(X2)的性质氘(D)的化合物广泛地用于反应机理的研究和NMR光谱分析(作溶剂),重水(D2O)能做为核裂变反应的冷却剂.氚(T)与核聚变有关;也可作为示踪原子,如对地下水移动的研究,研究氢被金属吸附和氢在金属表面上的吸附.通过对水的电解,释放H的速度比释放D的速度快6倍,反复电解可得到富集了D2O的水或纯D2O,再以任一种从水中制H2的方法从D2O中获得D2.三.氢在周期表中的位置从氢的原子结构和成键特征来看,1s1属s区,
8、失去1个电子,成为H+,与碱金属相似;但它不是金属,与碱金属没有多少化学类似性;氢原子得到一个电子,形成H-离子,可以形成双原子分子,与卤素类似;但形成的化合物在性质上有明显的差异.如NaH与水反应生成H2,但NaCl不能与水反应生成Cl2.氢兼具有碱金属和卤素的某些性质而又有显著的差别;是唯一值得单独考虑的元素.四.氢的性质1.正氢和仲氢氢分子可能组成为:H2,D2(重氢),T2(超重氢),HD,HT,DT.但H2是唯一主要单质.氢分子H
