p區元素(三):鹵素與惰性氣體

鹵素(第17族)

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翻到元素週期表的最右邊、倒數第二列,你會遇到一個似乎永遠「餓著」的家族。鹵素——氟、氯、溴、碘,以及極其稀少的放射性砈——是一類非金屬,它們的最外層電子恰好比滿殼層少一個。鹵素這個名字源自希臘文,意思是「成鹽者」,因為它們個個都會從金屬手裡搶走一個電子,變成我們日常離不開的鹽類,比如餐桌上的氯化鈉。

每個鹵素原子的組態都是 ns2 np5:最外層有七個電子,p 軌道裡還空著一個位置。正是這個缺失的電子塑造了它們的全部脾性。它們以雙原子分子存在——F2、Cl2、Br2、I2——兩個原子共用一對電子來補齊各自的八隅體,並會激烈反應以奪得第八個電子、變成 1- 的鹵離子。沿著這一族往下走,原子越來越大、越來越重,於是出現一道清晰的漸變:氟是淡黃色氣體,氯是黃綠色氣體,溴是會冒煙的暗紅色液體,碘是帶金屬光澤的灰黑色固體、昇華出紫色蒸氣。沿族向下熔沸點升高,因為更大、更易極化的分子之間的倫敦色散力更強。

鹵素之所以重要,是因為它們是最活潑的非金屬,這份活潑性被人類用到了方方面面——氯給飲用水消毒,氟化物製成不沾塗層並用來刻蝕矽片,碘是人體必需的營養素和消毒劑。兩點老實話:第一,氟是這個家族裡的「異類」,比簡單趨勢預測的要兇猛得多,原因和它極小的原子尺寸有關;第二,砈的放射性極強、壽命極短,它的化學只能用微量樣品研究,教科書上關於它的許多說法其實是外推而非直接觀測。

把少量氯水滴進溴化鉀溶液,無色混合物會變成橙色:Cl2 + 2 KBr 生成 2 KCl + Br2。位置在上、更活潑的鹵素把下面較不活潑的那個置換了出來。

鹵素置換反應用顏色直觀展示了活潑性順序。

活潑性沿族向下遞減(氟最強、碘最弱),但沸點卻沿族向下升高——別把這兩條相反的趨勢搞混。

又稱
Group VIIA elements卤族元素鹵族元素