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2 # 風辶末端
氫是元素週期表中的第一號元素,元素名來源於希臘文,原意是“水素”。氫是由英國化學家卡文迪許在1766年發現,稱之為可燃空氣,並證明它在空氣中燃燒生成水。
1787年法國化學家拉瓦錫證明氫是一種單質並命名。氫在地殼中的丰度很高,按原子組成佔15.4%,但重量僅佔1%。在宇宙中,氫是最豐富的元素。在地球上氫主要以化和態存在於水和有機物中。
有三種同位素:氕、氘、氚。 氫在通常條件下為無色、無味的氣體;氣體分子由雙原子組成;熔點-259.14°C,沸點-252.8°C,臨界溫度33.19K,臨界壓力12.98大氣壓,氣體密度0.0899克/升;水溶解度21.4厘米3/千克水(0°C),稍溶於有機溶劑。 在常溫下,氫比較不活潑,但可用合適的催化劑使之活化。
在高溫下,氫是高度活潑的。除稀有氣體元素外,幾乎所有的元素都能與氫生成化合物。非金屬元素的氫化物通常稱為某化氫,如鹵化氫、硫化氫等;金屬元素的氫化物稱為金屬氫化物,如氫化鋰、氫化鈣等。
氫是重要的工業原料,又是未來的能源。
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1—18號元素的結構性質特點(1)H:①原子半徑最小;②外層電子數=週期數;③電子總數=電子層數;④第ⅠA族中唯一形成共價化合物的元素;⑤在化合物中該原子的數目雖有改變,但該元素原子質量分數改變不大;⑥原子序數最小;⑦沒有中子;⑧成酸、鹼必需的元素;⑨單質密度最小,最輕的氣體;⑩與氧可生成兩種液體:H2O、H2O2;單質是電解水產物之一;單質可由金屬與酸反應得到。(2)He:①最外層屬飽和結構,但唯一個不是8電子;②電子總數是電子層數的二倍。
(3)Li:①最外層電子數是次外層的一半;②鹼金屬中不能形成過氧化物;③熱核反應原料之一;④密度最小的輕金屬;⑤保存於石蠟中。
(4)Be:①最外層電子數=次外層電子數;②最外層電子數=電子層數③價態為+2價(5)B:①最外層電子數比次外層多一個;②BF3屬非極性分子(本章後邊將學到)
;③氫化物為B2H6(了解就可以)
;④硼酸(H3BO3)可洗滌皮膚上的鹼液;⑤硼砂(Na2B4O7、10H2O)是硼酸鹽玻璃材料。
(6)C:①最外層電子數是次外層的二倍;②是形成化合物種類最多的元素;③有石墨、金剛石、足球碳(C60)等幾種同素異形體,(第六章後邊將學到)
;④氧化物有CO、CO2;⑤氫化物有多種最簡單的是CH4(特別注意H、C、O分子式)⑥最高價含氧酸是H2CO3。(7)N:①最外層電子比次外層多3個;②單質在空氣中含量最多;③除稀有氣體外難與其它物質反應;④化肥三元素之一(N、P、K)
;⑤氫化物為NH3;⑥氧化物形式最多(6種:N2O、NO、N2O3、NO2、N2O5)
;⑦含氧酸有HNO3、HNO2;⑧氣態氫化物水溶液唯一呈鹼性。
(8)O:①最外層電子數目是次外層的三倍;②地殼中含量最多;③佔空氣體積的21%
;④能形成H2O2、H2O、Na2O2、Na2O等價態氯化物;⑤單質助燃(9)F:①最外層電子數比次外層多5個;②除H後前18號元素中原子半徑最小;③無正價;④不能被任何物質氧化;⑤能與水反應置換水中的氧;⑥CaF2難溶、AgF溶於水;⑦無含氧酸;⑧HF為弱酸。
(10)Ne:略(11)Na:①最外層電子數是次外層的,最內層的1/2;②前18號元素原子半徑最大;③氧化物對應的水化物為NaOH;④能形成氧化物Na2O和過氧化物Na2O2;⑤與K的合金形成原子能反應堆的導熱材料。(合金特點)(12)Mg:①最外層電子數=最內層電子數,次外層電子數是最外層電子數的4倍;②Mg(OH)2是難溶性的中強鹼;③Mg遇冷水難反應,遇熱水放H2;④MgCl2為苦鹵、MgSO4為瀉鹽。
(13)Al:①最外層比次外層少5個電子;②最外層電子數=電子層數;③鋁是金屬元素但具有一定的非金屬性;④Al2O3是兩性氧化物;⑤Al(OH)3是兩性氫氧化物;Al(OH)3、H3AlO3、HAlO2⑥地殼中含量最多的金屬元素。
(14)Si:①最外層電子數是次外層的一半,最內層的2倍;②地殼中含量排第二位;③只有一種氧化物SiO2;④氣態氫化物SiH4;⑤含氧酸為H4SiO4;⑥H2SiO3是唯一難溶酸。(15)P:①最外層比次外層少2個電子;②氫化物為PH3;③對應的酸為H3PO4、HPO3;H3PO3;④常見白磷P4、紅磷二種單質。(16)S:①最外層比次外層少2個電子;②1—18號元素中離子半徑最大;③最外層與最內層電子數之和=次外層電子數;④氫化物H2S、劇毒;⑤氧化物有SO2、SO3;⑥對應的水化物H2SO3、H2SO4;⑦對應的鹽常見的有Na2S、NaHS、Na2SO3、NaHSO3、Na2SO4、NaHSO4。(17)Cl:①最外層比次外層少一個電子,比最內層多5個電子;②有多種化合價—1、+1、+3、+5、+7;③對應的含氧酸有HClO、HClO2、HClO3、HClO4;④HClO4是目前發現的含氧酸中的最強酸。
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海水中含量最多的元素是氧元素,含量最多的金屬元素是鈉元素。
已被發現海水化學物質及元素有92種,其中11種(氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀、溴、鍶、硼、碳、氟)佔海水溶解物質總量的99.8%,其它含量甚微;目前可以從海水中提取60多種化學物質。
世界海水的鹽度大約為35psu(35‰),這意味著平均每一升海水中就含有35克的鹽(大部分是氯化鈉)溶解其中。高於人體溶質度級別(現代生物的體液類似遠古海洋的濃度,大約為0.9%),非直接飲用水來源。
微量元素
1、 海洋生物所需的元素取自海水。碳、鉀、硫等元素,含量很大;氮、磷、硅等元素,僅能滿足生物的需要,又是生物必需的(營養元素)。浮游生物通過光合作用,吸收營養元素,放出氧;殘骸的分解消耗氧,釋放營養元素。一些元素,銅、鎘在海水中的分布,與氮、磷相似,鋇、鋅、鉻的分布與硅相似等。
2、 懸浮在海水中的粘土礦物、鐵、錳的氧化物、腐殖質等顆粒在下沉中,大量吸附海水中各種微量元素,將它們帶到海底,進入沉積物中。
3、 有幾種微量元素在表層海水中濃度高,在深層濃度低。如表層海水中鉛主要來自大氣,濃度最大,在1000米以下的海水中,濃度迅速降低;還有氚、氡蛻變的鉛-210等。
4、 海底地殼內部的熱液,常通過地殼裂縫注入深層海中,形成海底熱泉,含大量微量元素,使附近深海區的海水組成變化。
如1965年,紅海裂縫區2000米深的海水中,出現熱鹽水,最深處溫度達59.2℃,微量元素的組成有很大變化;東太平洋的加拉帕戈斯裂縫,有海底熱泉噴射,向海水輸送了大量元素,海水中溶解態錳的總量,明顯隨深度增加。
5、 海洋沉積物間隙水中,鋇、錳、銅等的濃度高於上覆海水。這些微量元素從間隙水向上覆水中擴散。即便在遠離海底熱泉的深層海域,這些元素的濃度隨深度增加。