4A族元素(四) The Group 4A ElementsⅣ

化學原理啟迪446

Just Cavalli | Spring Summer 2014 Full Fashion Show | Exclusive

1.     至少西元前二世紀，人們已經知道鉛的毒性，然而，鉛仍然造成生活安全上的問題。

2.     舉例來說，許多孩童因為吃下含鉛的顏料碎屑，而暴露於鉛的危害之下，有鑑於此，兒童家具不使用含鉛的染料，並且美國許多州禁止室內使用含鉛的塗料。

3.     當酸性食物和飲料裝在鉛釉陶瓷裡，會溶出陶瓷裡的鉛，人們吃下這些食物就會鉛中毒；當酒裝在含鉛的酒瓶中，經過一段時間便會產生有毒的鉛。

4.     四乙基鉛(C2H5)4Pb是汽油的抗震劑，人類廣泛使用四乙基鉛，使本世紀環境的含鉛量大為增加。為了解決鉛污染的問題，美國政府要求用其他抗震劑取代鉛在汽油的作用。鉛的最大用途是製作汽車使用的鉛蓄電池的電極。

5.     在含鉛化合物裡，鉛是＋2和＋4氧化數。鉛(Ⅱ)鹵化物有離子性，因此，我們可設定鉛化合物裡的鉛是Pb²⁺離子。

6.     鉛(Ⅳ)鹵化物只有二種，PbF4和PbCl4，這是因為鉛(Ⅳ)氧化溴離子和碘離子時，會產生鉛(Ⅱ)鹵化物和獨立的鹵素分子：

PbX4→PbX2＋X2

當溫度高於100℃，鉛(Ⅳ)氯化物也會這樣分解。

7.     黃色的一氧化鉛(Ⅱ)，俗稱密陀僧litharge，用於為陶瓷上釉，自然界沒有「二氧化鉛(Ⅳ)」，不過實驗室可製造化學式為PbO1.9氧化鉛，方法是將鉛(Ⅱ)化合物放進鹼性溶液中氧化。

8.     PbO1.9氧化鉛化合物的元素比例不是整數（非量化），是因為晶體結構有缺陷，晶格內有些本來應該填入氧陰離子的位置，沒有氧陰離子。

9.     晶格缺陷lattice defects使二氧化鉛lead(Ⅳ) oxide成為電導體，因為電子可沿著缺失氧離子的洞隙跳躍傳遞，這使二氧化鉛成為鉛蓄電池的電極。

10. 以下為4A族元素的重要反應：

M＋2X2→MX4

注：X2＝任何鹵素分子，M＝鍺或錫。 如果是Pb鉛與鹵素X2反應，會產生PbX2。

M＋2O2→MO2

注：高溫下可進行此反應。M＝鍺或錫。 如果是Pb與O2反應可產生PbO或Pb3O4。

M＋2H^＋→M^2＋＋H2

注：M＝錫Sn或鉛Pb。

n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》

4A族元素(三) The Group 4A ElementsⅢ

化學原理啟迪445

Gianfranco Ferre Fall/Winter 2013-14 | Milan Fashion Week

1.     錫Tin是柔軟、銀質的金屬，能壓製成薄片（錫箔），數個世紀以來，人類用錫製作合金，例如青銅bronze是20%的錫和80%的銅，焊錫solder是33％的錫和67%的鉛，錫器合金/白蠟是85%錫、7%銅、6%鉍、2％銻。

2.     錫有三種同素異形體allotropes：白錫white tin，在常溫下穩定；灰錫gray tin，溫度低於13.2℃時穩定；脆錫brittle tin，溫度高於161℃時才存在。在低溫下，錫會逐漸變成粉狀的灰錫，瓦解四散，這就是錫害tin disease。

3.     錫的主要功能是保護鋼，錫常用於食器。在鋼的表面電鍍薄薄的一層錫，能形成具保護作用的錫氧化物外膜，可防止鏽蝕。

4.     錫化合物裡的錫有＋2和＋4二種氧化態。舉例來說，鹵化錫由二種錫組成，錫(Ⅱ)和錫(Ⅳ)。除了SnF4以外，錫(Ⅳ)鹵化物都有比較強的揮發性。

5.     錫(Ⅳ)鹵化物比較像分子化合物，比較不像離子化合物，從Sn⁴⁺的電荷－半徑比charge to radius ratio很高來看，這是十分合理的。

注：Sn⁴⁺電荷－半徑比較高，意味著Sn⁴⁺有比較強的正電荷可控制價電子，所以價電子不會離得太遠，也因此Sn⁴⁺離子與鹵素陰離子之間的價電子，位置比較介於陽離子與陰離子的中間地帶。

6.     所以，錫(Ⅳ)鹵化物，不是由Sn⁴⁺和X^－離子組成，而是由Sn－X共價鍵組成。我們大致可以確定，不論是錫(Ⅳ)鹵化物或其他含錫化合物，都沒有Sn⁴⁺離子。

7.     SnF4比較不容易揮發，不是因為它的組成物是Sn⁴⁺和F^－離子，而是因為SnF4物質由SnF6^2－和SnF2²⁺離子組成。

8.     與錫(Ⅳ)化合物相比，錫(Ⅱ)鹵化物的揮發性比較低。事實上，錫鹵化物(Ⅱ)有離子性，由Sn²⁺和X^－離子組成。錫(Ⅱ)鹵化物是液態溶液，常用來當作還原劑。

9.     錫(Ⅱ)氟化物添加在牙膏裡，防止蛀牙。現在牙膏改添加氟化鈉。

10. 我們可從方鉛礦(PbS)輕而易舉地提取出鉛，因為鉛在低溫下會融化，我們可將方鉛礦放置於低溫中，率先取得純鉛金屬。人類使用鉛的紀錄，最早是3000B.C.的埃及人。

11. 羅馬人使用鉛製造食器，用含鉛的釉料為陶瓷上色，或製造複雜的鉛錘系統，以及用鉛壺煮甜點。問題是鉛是劇毒。羅馬人頻繁地接觸鉛，很可能是造成羅馬公民死亡的原因。羅馬人的骨骸分析顯示含鉛量非常高。

n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》

4A族元素(二) The Group 4A ElementsⅡ

化學原理啟迪445

Belstaff Fall/Winter 2013-2014

1.     碳與其他4A族元素不同，碳能夠生成π鍵；這是CO2和SiO2的性質與結構，完全不同的原因。

2.     下表顯示，「C－C鍵」和「Si－O鍵」比「Si－Si鍵」強，這是碳經常能夠形成「C－C鍵」，矽經常能夠形成「Si－O鍵」的部分原因。

化學鍵：C－C

鍵能（kJ/mol）：347

化學鍵：Si－Si

鍵能（kJ/mol）：340

化學鍵：Si－O

鍵能（kJ/mol）：368

3.     徐弘毅注：鍵能的定義是在標準狀態下，分子拆開成原子時，每種化學鍵所需的能量；

鍵能的數值比較小，代表拆開花費的力量比較小，也代表將原子們組成分子的化學鍵能量比較小，意味著這些原子只需要很小的能量，便能夠保持穩定。

所以，「C－C鍵」和「Si－O鍵」的能量數值較「Si－Si鍵」小，顯然它們比較穩定，鍵能較強。

4.     碳能生成石墨與鑽石，石墨與鑽石是同素異形物，組成元素都是碳，然而碳的排列結構不同。

5.     一氧化碳CO是碳的三種氧化物之一。一氧化碳在25℃、1atm下是氣體，它是無色無臭的有毒氣體。一氧化碳是含碳化合物燃燒的副產品，當供應的氧氣不足時，含碳化合物燃燒會產生一氧化碳。

6.     溫帶地區的冬天，常因為屋子的暖氣排氣孔堵塞而發生一氧化碳中毒意外。

7.     一氧化碳的化學鍵，路易斯結構是：C≡O：，鍵結的碳與氧是sp混成軌域，它們互相吸引形成1個σ鍵和2個π鍵。

8.     二氧化碳是線型分子，其路易斯構造：

⁞O＝C＝O⁞

9.     碳原子是sp混成軌域，二氧化碳是人類和動物呼吸作用的產物，是石化燃料燃燒的產物。二氧化碳也是發酵作用的產物：

C6H12O6(aq)－Enzymes→2C2H5OH(aq)＋2CO2(g)

10. 二氧化碳溶於水，產生酸性溶液：

CO2(aq)＋H2O(l)←→H⁺(aq)＋HCO3^－(aq)

11. 二氧化三碳carbon suboxide是第三種氧化物，三氧化碳是線型分子，路易斯結構為：

⁞O＝C＝C＝C＝O⁞

這個分子的碳是sp混成軌域。

n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》