化學原理啟迪437
Proenza Schouler Spring/Summer 2014
1.
雖然同一族群的元素的化學性質有許多相似處，但也有許多不同之處，差距最明顯的是，每一行的第一個與第二個元素（1A族與8A族的第一週期與第二週期元素，2A到7A族的第二週期與第三週期元素）。
2.
舉例來說，1A族的第一個元素「氫原子」是非金屬元素，1A族第二個元素「鋰」則是高活性的金屬，這二種元素的性質差異如此之大，導因於氫與鋰的半徑差距極大。
3.
「氫原子」比較小顆，所以「氫原子核」對「電子」的引力，比1A族其他元素還要大，因此「氫原子」能夠與「非金屬元素」形成共價鍵。
4.
相反地，1A族其他元素，則會失去一個價電子給「非金屬」，變成離子化合物的1+cations陽離子。
5.
原子大小的影響力，在其他元素族群也十分明顯。舉例來說，2A族元素，除了第一個元素Be之外，其餘的元素鹼性都十分強。
6.
徐弘毅：元素，吸引質子能力愈強，或提供電子的能力愈強，鹼性就愈強。原子的體積愈大，價電子離原子核愈遠，原子提供電子給其他元素鍵結的傾向愈強；所以同一族元素，第一個元素體積最小，鹼性最弱，元素愈往下的體積愈大，鹼性也愈來愈強。◆
7.
氧化鈹BeO是兩性的amphoteric，氧化物的鹼性大小，決定它的離子性強弱。
8.
2A族的離子化合物，帶有一個「O2－離子」，「O2－離子」與水反應會產生2個「OH－離子」。所有2A族金屬氧化物都有高度的離子性，但是氧化鈹例外。
9.
氧化鈹BeO的化學鍵共價性質顯著，2A族中體積最小的「鈹陽離子Be2+」，能有效地極化「氧陰離子O2－」的電子雲，使電子能為「鈹Be」與「氧O」雙方所共享。
10.
同樣的模式發生在3A族，最小顆的「硼原子」表現出非金屬的行為，或者有時表現出類金屬的性質，然而，「鋁」和鋁以下的其他3A族元素則是活性金屬。
11.
在4A族，原子體積大小影響力最明顯的是，「碳」和「矽」之間的化學性質差異。「碳C」會生成「碳－碳鍵
C－C」的分子；而「矽Si化合物」主要是「Si－O鍵」，而非「Si－Si鍵」。
12.
「矽」雖然能夠在化合物裡形成「Si－Si鍵」，但是「Si－Si鍵」的化合物，遠比「碳－碳鍵」化合物，更起反應了，「Si－Si鍵」化合物極不穩定。這二種化合物反應度不同的原因很複雜，不過這些原因似乎都與碳原子和矽原子的體積大小有關。
13.
碳與矽形成π鍵的能力明顯不同。我們用路易斯結構說明二氧化碳CO2的組成：
碳與氧原子形成π鍵，即能達到[氖Ne]的電子組態。
14.
相反地，矽氧化物的基本構造是Si－O－Si橋接而成的SO4四面體。
15.
矽的3p電子軌域，無法有效地與體積較小的氧的2p軌域重疊，生成π鍵，變成如下的SO2的路易斯結構，這是不穩定的分子：
16.
相反地，如果矽能形成4個Si－O單鍵，即能達到鈍氣的組態：
17.
原子體積大小對π鍵的影響，同樣可解釋5A族與6A族的第一個與第二個元素。舉例來說，元素「氮」可以穩定地組成N2分子，N2分子的路易斯結構為：N≡N：。
18.
元素「磷」則是原子們彼此連結成聚集體aggregates，最簡單的聚集體是四面體構造的P4分子，構成白磷的就是P4分子。
19.
跟矽原子一樣，大顆的「磷原子」無法形成強韌的π鍵，因此，1顆「磷原子」必須與數顆「磷原子」形成單鍵，才能達到鈍氣元素的電子組態。相反地，「氮原子」彼此能夠形成強韌的π鍵，因此，N2分子是元素「氮」最穩定的狀態。
20.
同樣地，在6A族元素，「氧」最穩定的狀態是O2分子，在O2分子裡，2個「氧原子」以雙鍵鍵結；
21.
而體積較大的「硫原子」，則是形成較大的聚集體aggregates，例如，環狀的S8分子，分子系統內的硫原子是以單鍵鍵結。
22.
7A族同樣顯示出體積大小，對第一列和第二列成員的影響。舉例來說，「氟」的親電性比「氯」小，這個傾向導因於「氟」的2p軌域體積小，會造成比較大的電子斥力。
23.
F2分子的弱化學鍵，可用未鍵結電子的斥力來解釋，F2的路易斯結構如下：
24.
氟原子比較小顆，所以鍵結之後，2個「氟原子」上的未鍵結電子對，十分靠近彼此，這造成F2的2個原子的斥力，比Cl2的2個原子的斥力大。
25.
同一族元素，第一個元素的體積遠小於第二個元素的體積，這造成第一個元素的性質與其他元素不同。
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翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》；圖片來源／www.iri.tudelft.nl、americanelements.com、jeopardylabs.com、wpscms.pearsoncmg.com
