主族元素(Main Group Elements) | 科學Online - 國立臺灣大學
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主族元素,是指在元素週期表當中,s區(s-block)與p區(p-block)的元素。
若用IUPAC對於元素的族的命名,則分別是1、2、13、14、15、16、17、18一共八個 ...
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主族元素(MainGroupElements)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
主族元素,是指在元素週期表當中,s區(s-block)與p區(p-block)的元素。
若用IUPAC對於元素的族的命名,則分別是1、2、13、14、15、16、17、18一共八個族的元素。
在傳統對於族的CAS命名裡面,則分別是IA至VIIIA族元素。
12族的鋅、鎘、汞等元素,雖然說一般會併入d區的過渡金屬討論,然而其s與d軌域均填滿,因而具有一部份的主族元素性質,因此也有一些人主張,將12族元素算入主族元素。
主族元素佔據了宇宙,以及自然界、生命體當中大部分的重要角色。
組成生物體主要成分的碳、氫、氧、氮、磷、硫等,均是屬於主族元素當中的非金屬元素。
主族元素除了氫以外,依照其性質,又有鹼金屬、鹼土金屬、類金屬、半金屬、非金屬、鹵素、惰性氣體等分類。
其中鹼金屬、鹼土金屬分別佔據了第1族與第2族,但不包含氫;而鹵素與惰性氣體則對應了第17族與第18族。
中間的13、14、15、16族,則較少有習慣稱呼;一般以硼族、碳族、氮族(pnictogen)、氧族(chalcogen)等來表示。
主族元素裡其同族內之間大多化學性質相似,但相鄰的元素,即原子序僅差1的元素,性質差異頗大,尤其是惰性氣體,其化學反應活性幾近於零,和隔壁活潑的鹵素元素ㄧ族相比,出現巨大的反差。
這是因為在主族元素當中,電子逐步填入s軌域與p軌域,同ㄧ族的元素具有相似的電子組態,即具有相同最外層價電子組態,如此一來,和價電子組態息息相關的化學性質也就相近。
相較於B族元素,也就是過渡金屬元素,由於外層價電子軌域包含了d-軌域,在價電子填入時除了要考慮d-軌域,有時s-軌域也需一併考慮,造成過渡金屬價態複雜,沒有簡單的規律。
一般而言,主族元素的陽離子,其最高可達到的價數會與其族數(I~VIII)相同,故氯離子最多可有+7價。
因為IA、IIA族只使用到s-軌域,鹼金屬、鹼土金屬分別在+1、+2價時最穩定。
然而在較高週期的13至16族元素當中,因為價電子同時填入s-軌域和p-軌域,形成離子時,電子先由P-軌域中移除,變成+2價離子,接著可以再移除s-軌域中的電子,變成+4價離子,其價數差2;例如Sn(II)與Sn(IV)、Pb(II)與Pb(IV)、Tl(I)與Tl(III)等。
主族元素的一些化學趨勢,與其在元素週期表的位置密切相關。
不考慮惰性氣體,元素的第一游離能(1stionizationenergy)、電負度(Electronegativity,EN)隨著在週期表的位置往右、往上而增高;而如元素的原子半徑(AtomicRadii),則隨著隨著在週期表的位置往右上而變小,且非金屬的性質也就越為明顯。
參考資料:
1.Miessler,G.L;Tarr,D.A.InorganicChemistry,3rded.;PearsonEducational:UppleSaddleRiver,2004;Ch.8.
Tags:MainGroupElements,主族元素,鹼土金屬
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