化學原理啟迪464
Blumarine | Fall Winter 2014/2015
Full Fashion Show
1.
到目前為止，我們介紹了1A族和2A族的金屬元素；接下來3A族、4A族和5A族當中，質量較輕的成員為非金屬，較重的成員為金屬，6A族幾乎都是非金屬，不過，釙也許應該視為金屬；
2.
7A族元素「鹵素halogens」都是非金屬，鹵素的價電子組態為ns2np5，鹵素族的性質由上而下逐漸變化，唯一的例外是氟，氟的親電性很低，氟分子的鍵能很低。
3.
徐弘毅注：氯、溴、碘分子的鍵能由上而下愈來愈弱，標準還原電位差也愈來愈小，代表氯、溴、碘分子由上而下的親電性愈來愈強；
碘的標準還原電位差最小，意思是碘分子不需灌注很大的電能，就會自行吸收電子，變成2個碘離子，顯然親電性很強；
鍵能強弱是指二個原子彼此的吸引力強弱，碘的鍵能弱可能是因為碘的體積是鹵素中最大的，這使得碘的二原子核彼此的距離最遠；依據萬有引力原理，距離遙遠會降低引力，當然也要一併考慮碘的質量對引力／化學鍵鍵能的影響；從結果來看，碘原子體積增加，拉開彼此距離，對碘分子化學鍵的強弱影響遠大於質量。
但是氟的情況相反，氟分子是鍵能弱，可是標準還原電位差大，親電性弱。氟的體積是鹵素中最小的，氟原子彼此的距離應該是鹵素分子中最短的，為什麼鍵能弱？這應該與氟的陰電性是最大的（4.0）有關。
氟的陰電性最大，代表原子核正電荷引力最強，所以氟與氫鍵結成HF分子時，氟的原子核會強力地將化學鍵上的價電子拉向自己；但是當二個氟原子互相鍵結成氟分子F2時，氟原子核穿透出來的正電荷，卻造成二個氟原子彼此互斥（正正相斥），因此使得氟分子的化學鍵鍵能弱。
但是氟原子核穿透出來的正電引力，卻無法使氟的親電性變強（是鹵素中最弱的），為什麼？可能是因為氟的質量太輕，導致吸引電子的能力下降，也可能是氟的體積小，要滯留多餘的電子比較困難。
4.
下表摘要鹵素的物理性質趨勢：
元素：氟
陰電性：4.0
X－的半徑（pm）：136
ε°(V)
for X2＋2e→2X－：2.87
X2鍵能（KJ/mol）：154
元素：氯
陰電性：3.2
X－的半徑（pm）：181
ε°(V)
for X2＋2e→2X－：1.36
X2鍵能（KJ/mol）：239
元素：溴
陰電性：3.0
X－的半徑（pm）：195
ε°(V)
for X2＋2e→2X－：1.09
X2鍵能（KJ/mol）：193
元素：碘
陰電性：2.7
X－的半徑（pm）：216
ε°(V)
for X2＋2e→2X－：0.54
X2鍵能（KJ/mol）：149
元素：砈
陰電性：2.2
X－的半徑（pm）：－
ε°(V)
for X2＋2e→2X－：－
X2鍵能（KJ/mol）：－
5.
因為鹵素十分容易起反應，自然界沒有鹵素是以獨立元素狀態存在的。鹵素通常是以鹵離子的形式存在，許多種礦物和海草裡面都可發現鹵離子。
6.
7A族元素的性質、來源與製備方式：
元素：氟
顏色狀態：淡黃色氣體
地殼含量：0.07
熔點（℃）：－220
沸點（℃）：－188
來源：氟石（CaF2）、冰晶石（Na3AlF6）
製備方式：電解熔融的KHF2
元素：氯
顏色狀態：淡綠色氣體
地殼含量：0.14
熔點（℃）：－101
沸點（℃）：－34
來源：鹽岩（NaCl）、石鹽（NaCl）、鉀鹽（KCl）
製備方式：電解NaCl溶液
元素：溴
顏色狀態：紅棕色液體
地殼含量：2.5×10－4
熔點（℃）：－7.3
沸點（℃）：59
來源：海水、鹽井
製備方式：用Cl2氧化Br－
元素：碘
顏色狀態：黑紫色固體
地殼含量：3×10－5
熔點（℃）：113
沸點（℃）：184
來源：海草、鹽井
製備方式：用電解或MnO2氧化I－
7.
雖然砈是7A族元素，但砈元素的化學性質的重要性，比不上它具有放射性的同位素，砈最長壽的同位素210
At，半衰期只有8.3小時。
8.
鹵素，特別是氟，陰電性非常高。鹵素以較低的氧化數，與其他非金屬形成極性共價鍵，與金屬形成離子鍵。
9.
當金屬屬離子的氧化數較高，像是＋3或＋4，形成的「金屬—鹵素鍵」是極性、共價的化學鍵。舉例來說，四氯化鈦TiCl4和四氯化錫SnCl4是共價化合物，在常溫下是液體。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》
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