王仁花 陳 輝
在現(xiàn)行中學(xué)化學(xué)課本中,并沒(méi)有金屬性與非金屬性、氧化性與還原性的嚴(yán)格界定.然而這兩對(duì)概念在中學(xué)化學(xué)教材中使用頻率卻較高,不少學(xué)生往往誤認(rèn)為金屬性就是還原性、氧化性就是非金屬性,甚至于有的年輕教師也有混淆的情況,因此有必要將這兩對(duì)概念加以澄清.
一、兩對(duì)概念
氧化性、還原性是指物質(zhì)(單質(zhì)或化合物)得失電子的情況:得電子體現(xiàn)氧化性,失電子體現(xiàn)還原性;而具體得失電子是由組成物質(zhì)的某種元素來(lái)實(shí)現(xiàn)的.金屬性與非金屬性是指元素的原子本身得失電子的能力,得電子能力體現(xiàn)非金屬性,而失電子能力體現(xiàn)金屬性.
二、概念間的區(qū)別
氧化性與還原性是指物質(zhì)在一定溫度、壓強(qiáng)等外界條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì),得失電子能力如何,具體體現(xiàn)在某種元素上.氧化性與還原性不但與元素本身得失電子能力相關(guān),還與元素所在物質(zhì)中的成鍵情況有關(guān),以及溫度、壓強(qiáng)等外因有關(guān).氧化性與還原性是物質(zhì)在一定溫度、壓強(qiáng)條件下其性質(zhì)上的內(nèi)外因素的綜合體現(xiàn).
金屬性與非金屬性是元素的固有屬性,它只與原子本身的結(jié)構(gòu)相關(guān),屬內(nèi)部因素.金屬性通??捎秒婋x能來(lái)衡量,非金屬性通??捎秒娯?fù)性來(lái)衡量.元素的電離能越小,表示氣態(tài)時(shí)越容易失去電子,即元素在氣態(tài)時(shí)的金屬性越強(qiáng);元素的電離能越大,表示氣態(tài)時(shí)越難失去電子,即元素在氣態(tài)時(shí)的金屬性越弱.元素的電負(fù)性越大,其原子在化合物中吸引電子的能力越大,即元素的非金屬性越強(qiáng);元素的電負(fù)性越小,原子在化合物中吸引電子的能力越小,即元素的非金屬性越弱.電負(fù)性的大小以氟元素的電負(fù)性為4.0和鋰元素的電負(fù)性為1.0作為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn),金屬的電負(fù)性一般小于1.8,非金屬的電負(fù)性一般大于1.8.
因此,元素的金屬性與非金屬性強(qiáng)弱是由元素種類所決定的,只要種類不變,其金屬性與非金屬性強(qiáng)弱是不變的;而物質(zhì)的氧化性與還原性強(qiáng)弱是可以改變的,外因(物質(zhì)所處的外部條件)通過(guò)內(nèi)因(物質(zhì)的結(jié)構(gòu))使得物質(zhì)在不同條件下表現(xiàn)出氧化性或還原性的強(qiáng)弱差異.所以,元素的非金屬性不等同于其組成物質(zhì)的氧化性,元素的金屬性也不等同于其組成物質(zhì)的還原性.
三、概念間的聯(lián)系
1.金屬性、非金屬性強(qiáng)弱的判斷原則
元素金屬性、非金屬性強(qiáng)弱的本質(zhì)是元素的原子得失電子的能力,該能力常取決于原子半徑、核電荷數(shù)、最外層電子數(shù)等結(jié)構(gòu)因素,故金屬性、非金屬性強(qiáng)弱的判斷原則如下:
(1)根據(jù)元素周期表的知識(shí)進(jìn)行判斷
在同一周期中,從左到右,隨著原子序數(shù)的遞增,元素的金屬性逐漸減弱,非金屬性逐漸增強(qiáng).最活潑的金屬是Fr,天然存在的最活潑的金屬是Cs;最活潑的非金屬元素是F.
在同一主族中,從上到下,隨著原子序數(shù)的遞增,元素的金屬性逐漸增強(qiáng),非金屬性逐漸減弱.元素周期表左邊為活潑的金屬元素,右邊為活潑的非金屬元素(稀有氣體除外);中間的第ⅢA~ⅥA族則是從非金屬元素過(guò)渡到金屬元素,具有十分明顯的遞變性.當(dāng)一種元素所在的周期序數(shù)與其所在的主族序數(shù)相等時(shí),該元素則為金屬元素(H除外),但它既表現(xiàn)一定的金屬性,也表現(xiàn)一定的非金屬性,如Be、Al等元素.
(2)根據(jù)元素的單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)進(jìn)行判斷
金屬性越強(qiáng),則:①其單質(zhì)與水(或酸)反應(yīng)時(shí)放出氫氣的速度越快;②其最高價(jià)氧化物的水化物堿性越強(qiáng);③其單質(zhì)還原性越強(qiáng);④對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子的氧化性越弱;⑤活潑金屬置換出不活潑金屬.
如已知元素金屬性強(qiáng)弱:Na>Mg>Al,則與水的反應(yīng)速度:Na>Mg>Al;堿性強(qiáng)弱:NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3;單質(zhì)還原性強(qiáng)弱:Na>Mg>Al.再如元素金屬性強(qiáng)弱:Na>Fe>Cu,對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子氧化性強(qiáng)弱:Na+<Fe2+<Cu2+;單質(zhì)Fe可置換出Cu,Na與溶劑水會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng),熔融狀態(tài)下單質(zhì)Na可置換出Fe和Cu.
非金屬性越強(qiáng),則:①其單質(zhì)與氫氣化合時(shí)越容易,氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性越強(qiáng);②氣態(tài)氫化物的還原性越弱;③氣態(tài)氫化物水溶液的酸性越弱;④單質(zhì)的氧化性越強(qiáng),對(duì)應(yīng)陰離子的還原性越弱;⑤最高價(jià)氧化物的水化物的酸性越強(qiáng);⑥活潑非金屬置換出不活潑非金屬;⑦與變價(jià)金屬反應(yīng)時(shí),金屬被氧化的程度(或金屬所呈現(xiàn)的價(jià)態(tài))越高.
如已知元素非金屬性強(qiáng)弱:F>Cl>Br>I,則其單質(zhì)與氫氣化合時(shí)的難易:F2>Cl2>Br2>I2;氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性順序:HF>HCl>HBr>HI;氣態(tài)氫化物還原性順序:HF<HCl<HBr<HI;氣態(tài)氫化物水溶液酸性強(qiáng)弱:氫氟酸<鹽酸<?xì)滗逅幔細(xì)涞馑?;氧化性?qiáng)弱:F2>Cl2>Br2>I2,對(duì)應(yīng)陰離子還原性強(qiáng)弱:F-<Cl-<Br-<I-;最高價(jià)氧化物的水化物的酸性強(qiáng)弱:HClO4>HBrO4>HIO4;活潑的Cl2可置換出較不活潑的Br2、I2,F2與溶劑水會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng),熔融狀態(tài)下單質(zhì)F2可置換出Cl2、Br2、I2.再如元素非金屬性強(qiáng)弱:Cl>S,單質(zhì)Cl2、S與變價(jià)金屬Fe、Cu反應(yīng)時(shí)分別生成FeCl3、CuCl2和FeS、Cu2S.
2.金屬性、非金屬性與氧化性、還原性的聯(lián)系
利用元素的金屬性強(qiáng)弱可以預(yù)測(cè)單質(zhì)的還原性強(qiáng)弱,利用元素的非金屬性強(qiáng)弱可以預(yù)測(cè)單質(zhì)的氧化性強(qiáng)弱.一般來(lái)說(shuō),元素的金屬性強(qiáng),其單質(zhì)的還原性就強(qiáng),對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子的氧化性就弱;元素的非金屬性強(qiáng),其單質(zhì)的氧化性就強(qiáng),對(duì)應(yīng)陰離子的還原性就弱.
如金屬性順序:Na>Mg>Al,單質(zhì)的還原性順序:Na>Mg>Al,陽(yáng)離子的氧化性順序:Na+<Mg2+<Al3+;再如非金屬性順序:F>Cl>Br>I>S,單質(zhì)的氧化性順序:F2>Cl2>Br2>I2>S;陰離子的還原性順序:F-<Cl-<Br-<I-<S2-.
但是,這一結(jié)論也不是絕對(duì)的,如N元素的非金屬性很強(qiáng),而其對(duì)應(yīng)單質(zhì)N2的氧化性卻很弱,這主要是因?yàn)榈I的鍵能太大的緣故.
總之,金屬性與非金屬性是元素的原子在沒(méi)有形成化學(xué)鍵時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的內(nèi)在屬性,而氧化性與還原性是元素的原子在形成化學(xué)鍵后發(fā)生化學(xué)變化時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的外在性質(zhì),二者既有一定聯(lián)系,又有本質(zhì)區(qū)別.