表 7.4 第 3 周期中一些氯化物的性质

氯化物

NaCl

MgCl2

AlCl3

SiCl4

正离子

Na+

Mg2+

Al3+

Si4+

r+/nm

0.095

0.065

0.050

0.041

熔点/℃

801

714

190(加压下)

-70

沸点/℃

1413

1412

177.8(升华)

57.57

摩尔电导率

(熔点时)

尚大

很小

晶体类型

离子晶体

层状结构晶体

层状结构晶体

分子晶体

对于前述的第Ⅱ主族及 p 区、过渡金属的氯化物的熔点规律,可作如下解释。由于 Cl-负离子半径较大,有一定变形性,而第Ⅱ主族的 Sr2+、Ca2+、Mg2+、Be2+的离子半径比同周期的第Ⅰ主族金属离子的半径要小得多,且电荷数为+2。因而正离子的极化力随之有所增强。这就使得第Ⅱ主族金属的氯化物的晶体结构,随着极化作用的增强,自下而上,由 BaCl2 的离子晶体逐渐转变为 MgCl2 的层状结构晶体或 BeCl2 的链状结构晶体(气态 BeCl2 是电偶极矩为零的共价型分子)。BeCl2、MgCl2 可溶于不少有机溶剂,甚至 SrCl2 也颇溶于酒精。这些都说明第Ⅱ主族金属的氯化物由于极化作用已有逐渐向分子晶体过渡的趋向。许多过渡金属及 p 区金属的氯化物,由于正离子电荷数较多,外层电子又可为 9~17、或 18 等电子构型,而可具有较强的极化力,使这些氯化物往往具有自离子型向分子型转变的过渡型晶体的结构,所以大多熔点、沸点比离子晶体的要低。而且由于较高价态“离子”电荷数较多、半径较小,因而具有较强的极化力,就易使其氯化物带有更多的共价性(易偏向分子晶体)。所以高价态金属氯化物比低价态的熔点、沸点往往要低些,挥发性也要强些。

又如,AgCl、AgBr、AgI 颜色逐渐加深而在水中的溶解度却依次减少; 同种元素的硫化物的颜色常比相应的氧化物或氢氧化物的深等,都可从离子极化作用的增强得到解释。

  1. 氧化物

氧化物是指氧与电负性比氧的要小的元素所形成的二元化合物。人类在生产活动中大量地使用各种氧化物,地壳中除氧外丰度较大的硅、铝、铁就以多种氧化物存在于自然界,例如 SiO2(石英砂)、Al2O3(粘土的主要组分)、Fe2O3 和 Fe3O4 等。

表 7.5 中列出了一些氧化物的熔点。氧化物的沸点的变化规律基本和熔点的一致,数据不再列表;一些金属氧化物(包括 SiO2)的硬度见表 7.6。总的说来,与氯化物相类似,但也存在一些差异。金属性强的元素的氧化物如Na2O、BaO、CaO、MgO 等是离子晶体,熔点、沸点大都较高。大多数非金属元素的氧化物如 SO2、N2O5、CO2 等是共价型化合物,固态时是分子晶体(见图5.25),熔点、沸点低。但与所有的非金属氯化物都是分子晶体不同,非金属硅的氧化物 SiO2(方石英)是原子晶体(见图 5.24),熔点、沸点较高。大多数金属性不大强的元素的氧化物是过渡型化合物,其中一些较低价态金属的氧化物如 Cr2O3、Al2O3、Fe2O3、NiO、TiO2 等可以认为是离子晶体向原子晶体的

过渡,或者说介于离子晶体和原子晶体之间,熔点较高。而高价态金属的氧化物如 V2O5、CrO3、MoO3、Mn2O7 等,由于“金属离子”与“氧离子”相互极化作用强烈,偏向于共价型分子晶

IA

H2O

1

0.000

IIA

2

Li2O

>1700

BeO

2530

Na2O

MgO

3

1275S

Na2O7

460d

2852

IIIB

IVB

VB

VIB

VIIB

VIII

IB

IIB

4

KO7 380

K2O

350d

CaO

2614

TiO2

1840

V2O5

690

CrO3 196

Cr2O3

2266

Mn2O7 5.9

MnO2

535d

Fe2O3 1565

FeO

1369

CoO

1795

NiO

1984

CuO 1326

Cu2O

1235

ZnO

1975

5

RbO2 432

Rb2O

400d

SrCl2

875

Y2O3

2410

ZrO2

2715

Nb2O5

1520

MoO3

795

RuO4

25.5

Rh2O3

1125d

PdO

870

Ag2O

230d

CdO

>1500

6

Cs2O2 400

Cs2O

400d

BaO 1918

BaO2

450

La2O3

2307

HfO2

2758

Ta2O5

1872

WO3

1473

Re2O7

约 297

OsO4

40.6

IrO2

1100d

PtO

550d

Au2O3

160d

HgO

500d Hg2O

100d

注:摘自参考文献[3],第 4-41 ~ 119 页。

* 系在加压下。 d 表示分解。 s 表示升华。 P2O5 、 Br2O 、 I2O5 、 TiO2 、 Rh2O3 、 SeO2 的数据有一个温度范围,本表