无机化学第18章氢和稀有气体

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H2 / D2中,两个氢原子核的自旋方向
不同导致氢分子有两种变体(自旋异构体).
两个氢原子核的自旋方向相同的为正氢. 两个氢原子核的自旋方向相反的为仲氢. 正氢 仲氢
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)
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. 氢在周期表中的位臵 从氢的原子结构和成键特征来看,1s1 属 s 区, 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.
r = 37 pm.
一. 失 去 电 子 失去一个电子,形成H+ 质子, r =1.5×10-3 pm
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,它总是 与别的分子或原子结合在一起的.如:H3O+,H9O4+,
H5O2+ , NH4+ 等.
or H
or D
or T
1.0078 435.88 13.96 20.39 273.15 373.15
2.0141 443.35 18.73 23.67 276.96 374.57
3.0160 446.9 20.63 25.04 277.63 374.72
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
第 18 章
氢和稀有气体
主要内容
1 2 3
氢
稀有气体
主族元素总结
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 = - 72.8 kJ· mol-1; I = 1312 kJ· mol-1 ;
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%.
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 氕/普通氢
氘 氚
符号 1H
or D 3H or T
2H
同位素丰度 99.98%
H :三角形结构
+ 3
五. 形 成 氢 键 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。
H C O H N C N R CH
O
C N CH R C O H
H Rபைடு நூலகம்
CH N H O
C
CH R
N
O
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
2 3 4 1 1 H 1 H2 He 0 n
用中子轰击锂6Li产生:T
6 1 4 3 3 Li 0 n 2 He 1 H
氢的三种同位素( X2 ) 的性质 名称 氢 /氕
1H
氘
2H
氚
3H
符号
原子质量/u 解离能/kJ· mol-1 X2 熔点/K X2 沸点/K X2O的熔点/K X2O的沸点/K
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
在特殊的情况,氢也可以作桥联配体,形
H-离子只存在于离子性氢化物中,H- 离子具有
强的还原性:H2 +2e- →2H- , EӨ = -2.25 V 2H- +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
0.0156% ~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.
3 3 0 1 H2 He 1 e
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:
2. 氢 气 的 物 理 性质
d H-H = 74.14 pm, 熔点:13.96 K, 沸点: 20.39K
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 )。
CO
OC OC Cr
CO
H OC
CO
Cr CO
－
CO
CO
CO
3. 金属型氢化物
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。 如 ZrH1.30 ，LaH2.87 均已制得。 4. 单电子 键和三中心二电子键 [ H· H ]+