4.1元素概述.ppt

1、2020/7/19,1,4.1 元素概述 4.2 s、p区元素 4.3 ds、d区元素 4.4 镧系元素和稀土元素（f区）,第四部分 简明元素概论,2020/7/19,2,学习内容参考教材： 1、郑利明等编.简明元素化学.化学工业出版社 （超星图书馆可下载） 2、刘新锦等.无机元素化学（第二版）.科学出版社,2020/7/19,3,4.1 元素概述 一、 元素的发现、分类和存在形态 二、元素的自然资源 三、单质的晶体结构和物理性质 四、单质的制取方法,2020/7/19,4,一、 元素的发现、分类和形态,1 元素的发现 2 元素的分类 3 元素在自然界中的存在形态,2020/7/19,5,国际

2、纯粹与应用化学联合会(IUPAC)推荐 （1998年）,1 元素的发现,迄今为止，人类发现的天然存在的元素有92种，人工合成的元素有20（多）种，共112 种,2020/7/19,6,2020/7/19,7,2020/7/19,8,2020/7/19,9,2020/7/19,10,2020/7/19,11,1869年的门捷列夫第一张元素周期表,2020/7/19,12,1870年门捷列夫预言了31号元素镓，门捷列夫称它为亚铝， “亚铝是一种易挥发的物质，将来一定有人利用光谱分析发现它” 1875年法国布瓦德朗用光谱分析法发现新元素，并命名为镓。除比重差异外，一切都应验了 门捷列夫写信给巴黎科学

3、院：“ 镓就是我预言的亚铝，它的原子量接近68，比重应该是5.9 6.0 g/cm-3 ，不是4.7，请再试验一下，也许您那块物质还不纯” 布瓦德朗重新测定镓的比重，果然是5.94。,2020/7/19,13,1871年 门捷列夫预言 类铝（Ea） 相对原子质量约为 69 密度约为 5.96.0g/cm-3 熔点应该很低 可用分光镜发现 其存在,1875年 布瓦德朗发现 镓（Ga） 相对原子质量 69.72 密度 5.94g/cm-3 熔点：30.1 镓是用分光镜 发现的,2020/7/19,14,约72,72.73,5.5左右,5.47,灰,灰色，稍带白色,氧化物难熔，比重4.7,氧化物难熔

4、，比重4.7,沸点100,沸点80,2020/7/19,15,写道：“根据元素周期表，应该还有几种类似氩的元素存在，它们在周期表里组成性质类似的族 ” “按照我们老师门捷列夫的那样，我也尽可能地写下了这些元素可能有的性质和预见到的各种关系” 按照周期表所指示的方向进行探索，他在1898年一年内又发现了和氩性质相似的三种元素氖、氪、氙,1894年 英国人拉姆赛发现 氩元素,2020/7/19,16,19 3 0 年美国托马斯米奇利成功获得一种新型致冷剂CCl2F2（氟里昂，F12）,氟里昂与元素周期表,1930年前，氨、二氧化硫、氯乙烷和氯甲烷等被相继用作致冷剂；这些致冷剂不是有毒就是易燃，很不

5、安全 为了寻找无毒不易燃烧的致冷剂，米奇利 根据对元素周期表研究，分析单质及化合物易燃性和毒性的递变规律。 在第三周期中，单质的易燃性：CH4NH3H2O；氢化物的毒性： AsH3PH3NH3 H2S H2O 根据这样的变化趋势，周期表中右上角F、Cl元素的化合物可能是理想的元素，不易燃、低毒性的致冷剂,2020/7/19,17,2 元素的分类,金属元素（90种）和非金属元素（22种） BSiAsTeAt 和AlGeSbPo对角线划分 位于该对角线左下方的单质都是金属；右上方都是非金属。这条对角线边上的元素为准金属 普通元素和稀有元素 稀有元素是指在自然界中含量较少和分布较散；或被发现较晚 钛

6、在地壳中含量排第十位，但难于制备；有些普通元素比较集中，但总量较少，因此普通与稀有的划分不是绝对的,2020/7/19,18,稀有元素通常分为以下几类,轻稀有元素：如锂（Li）、铷（Rb）等； 高熔点稀有元素：钛（Ti）、锆（Zr）等； 分散性稀有元素：镓（Ga）、铟（In）等； 铂系元素：锇（Os）、铂（Pt）等； 稀土元素：钪（Sc）、镧（La）及镧系等； 放射性稀有元素：锕（Ac）及锕系、镭等； 稀有气体：氦（He）、氖（Ne）等。,2020/7/19,19,3 元素在自然界中的存在形态,存在形态有：游离态（单质）和化合态（化合物） 1）化合态 （大多数元素以化合态存在） （1）活泼金属

7、元素与A（卤素）形成的离子型化合物，存在于各种水体及矿体之中； （2）A族元素还常以难溶性碳酸盐或硫酸盐形式存在于矿物中；如石灰石（CaCO3）等； （3）准金属元素（B除外）以及B族和B元素常以难溶性硫化物存在，如辉铜矿（Cu2S） （4）BB族过渡元素主要以稳定的氧化物存在，如软锰矿（MnO2）,2020/7/19,20,常温常压下的单质以气体存在的有11种 氮、氧、氢、氯、氟和六种稀有气体 以液态存在的单质有 2种 2种 （1）Hg、Br； （2）低熔点，易形成过冷态 Cs （熔点28.5）和 Ga（熔点30） 其余的单质均为固态 （1）固态非金属单质：如碳； （2）金属单质：如Hg、A

8、u等及铂系元素等。,2）游离态,2020/7/19,21,二、 元素的自然资源,元素在自然界总含量称为丰度。 丰度占前十位的元素为（数字均为百分比）,O H Si Al Na 52.32 16.95 16.67 5.53 1.95 Fe Ba Mg K Ti 1.50 1.48 1.39 1.08 0 .22,大多数元素的丰度还是很小的，总和还不到1； 地壳中的元素存在于矿物及天然水系中,2020/7/19,22,我国矿物资源丰富，特点是“稀有元素不稀有、丰产元素不丰富”。 世界上已知矿物元素在我国都找到了，其中铅矿、钨矿等很多重要矿产已成为我国的重要出口矿藏。 钨、稀土、锑、锂、钒等稀有金属

9、储量占世界首位，其中钨占其他各国已知总量的3倍多，稀土4倍多，锑占世界储量的44%； 铜、锡、铅、锰、镍、钛、铌、钼等、非金属硼、硫、磷储量名列世界前茅； 有些元素矿产品位不高、伴生矿，如富铁矿较少,2020/7/19,23,生物体内的元素,s区元素,Na+、K + 维持体液的解离平衡、酸碱平衡和渗透平衡，由于离子半径及水合能差异，Na主要在细胞外液中，K主要在细胞内液中 Mg2+ 内部结构稳定剂和细胞内酶的辅因子， DNA复制和蛋白质合成，激活多种酶 Ca 绝大部分存在于骨骼和牙齿中，其余存在于细胞外参与血液凝固、激素释放、神经传导、肌肉收缩等生理过程,2020/7/19,24,生物体内的元

10、素,d区元素,Cu 含Cu酶催化形成弹性蛋白和骨胶原蛋白、将酪胺酸转化成黑色素和皮肤色素 Fe 、Cu 血红蛋白的合成 Zn 生物体内多种锌酶及锌激活酶，代谢物的合成与降解、激活肠磷酸酶及肝肾过氧化氢酶 V 存在于动、植物和人体蛋白，降低血清中胆固醇 Cr 维持正常代谢，协助胰岛素起作用,2020/7/19,25,d区元素,Mo 存在于黄嘌呤氧化酶等与染色体有关的金属酶中，影响体内的嘌呤代谢 Mn 输锰蛋白质、精氨酸酶、丙醇酸羧化酶等、缺锰可能导致动脉硬化、食道癌等 Co 维生素B12的重要成分，参与核酸合成、血红蛋白合成、氨基酸新陈代谢等 Ni 缺Ni影响人体对铁的吸收，导致血红蛋白水准和红

11、细胞数量下降,2020/7/19,26,生物体内的元素,p区元素 (卤素及硒),Cl 体内宏量元素，与Na+、K +维持体液的解离平衡、酸碱平衡和渗透平衡， F、Br、I、Se 微量元素；F 强硬骨骼 CaF2 溴化物（NaBr、KBr）抑制神经中枢、医药上用作镇静剂；I 甲状腺分子； Se 含Se酶能避免过氧化物或含氧自由基对机体损伤，抑制癌症,2020/7/19,27,对生物体有害的元素,Pb 与体内一系列蛋白质、酶和氨基酸中的巯基（-SH）结合，从多方面干扰机体的生化和生理功能；铅中毒主要损害造血、神经、消化系统和肾脏，有致畸、致癌作用。 Hg 与蛋白质中巯基有较强的亲和力，改变或破坏蛋

12、白质的结构和活性，导致细胞代谢紊乱；主要损害神经、生殖系统和肾脏等。 Cd 与蛋白质分子结合，导致多种酶的活性受到抑制和破坏，干扰必需微量元素在体内的正常生理功能和代谢过程，阻碍铁的吸收等。 As 三价砷使酶失去活性，影响细胞的正常代谢，抑制细胞呼吸导致其死亡。,2020/7/19,28,元素与环境,大气污染 CO2、H2O、CH4、N2O、O3、氟氯烃等温室气体 酸雨 PH5.6，H2SO4、H2SO3、HNO3、HNO2、少量有机酸等 水污染 工业废水含P、As、Sb等半金属和Cd、Hg、Cr(VI)等元素及化合物,2020/7/19,29,性质元素之最,最活泼金属Cs、最活泼非金属F2

13、最轻的金属Li、最轻的非金属H2 最高熔沸点是C、最低熔沸点是He 最稳定的气态氢化物HF，含H%最大的是CH4 最强酸 HI、最强碱CsOH 地壳中含量最多的金属和非金属分别是 Al 和O,2020/7/19,30,s区的元素均为金属晶体；p区的元素的中间部分，有的为原子晶体，有的为分子晶体。最右边非金属和稀有气体则全部为分子晶体。 从左至右，由典型的金属晶体经过原子晶体，最后过渡到分子晶体；由上而下，由分子晶体或原子晶体过渡到金属晶体。,1、熔沸点 物质熔沸点决定于物质的晶体类型 主族元素，从左到右，熔沸点由低到高再到低。 副族均为金属元素，其单质具有一般金属熔沸点通性,三、 单质的晶体结

14、构和物理性质,2020/7/19,31,2、硬度和密度 同周期主族元素从左到右，单质的密度是两头小中间大，这与原子半径和晶体结构的变化有关。 副族元素具有较大的密度和硬度。单质中密度最大的是Os、Ir、Pt ；硬度最大的是Cr，仅次于金刚石。 3、导电性（周期表从左到右） 主族元素单质呈现出由导体向半导体、绝缘体变化的趋势。位于 p 区的对角线附近的金属是半导体，其中Si ，Ge 被认为是最好的半导体。 副族元素均为金属，易导电。,2020/7/19,32,元素气态氢化物的热稳定性,热稳定性逐渐增强,热稳定性逐渐减弱,热稳定性逐渐减弱,热稳定性逐渐增强,2020/7/19,33,第三周期元素最

15、高价氧化物对应水化物酸性,酸性逐渐增强，碱性减弱,Mg(OH)2,Al(OH)3,2020/7/19,34,同一主族元素最高价氧化物对应水化物的酸碱性,酸 性 增 强,碱 性 增 强,2020/7/19,35,元素最高价氧化物对应水化物的酸碱性,酸性逐渐增强,碱性逐渐增强,碱性逐渐增强,酸性逐渐增强,2020/7/19,36,元素的金属性和非金属性递变,非金属性逐渐增强,金属性逐渐增强,金属性逐渐增强,非金属性逐渐增强,2020/7/19,37,元素周期表实际应用：位-构-性的推断,质子数=原子序数 电子层数=周期序数 最外层电子数=主族序数,同位同化性 左右递变性 上下相似性,最外层电子数=主族最高正价 最外层电子数=电子层数为准金属 酸性，稳定性的递变性,原子结构,周期表位置,元素性质,2020/7/19,38,四、 单质的制取方法,1、物理分离法 该法适用于分离、提纯以单质形态存在的，在物理性质上有显著区别的元素。如淘洗黄金。,