强:极键有什么性质?
梦:氦原子是一对电子被拉入极轴的中心轨道,这个中心极轴贯穿原子漏斗的两极,这个极轴轨道就是极键,极键属于特殊的共价键。镁离子是在氦原子的基础上多出10个电子,第1层轨道占满8个电子,第二层又多出2个电子。而钙原子是在氦离子的基础上多18个电子,第1层和第2层轨道各占满8个电子,第3层多出2个电子,而这2个电子类似氦原子,又组成了第二条极键。钙原子拥有2条极键,具有合力作用,产生比镁原子更大的核磁作用,可以抢夺镁离子的位点。由于极键只排列的极轴上,作用范围很小,钙就像明代武将头盔顶的尖刺;而位于普通电子轨道的电子分布范围很广,镁就像武将挥舞的链锤。
强:镁离子的第二层电子为什么不能成为极键?
梦:因为两层电子才能形成一条极键,每条极键容纳2个电子,以极键为中心每层只能排布8个电子。两层电子轨道能容纳1条极键,这样极键对应的电子数形成16象限。镁元素在第二层电子轨道内,极键已经被氦点位占满了。而钙原子刚好进入第三电子层,刚好多出1条新极键。所以氢、钾、氦、钙都是极键物质,而锂、钠、铍、镁是普通电子轨道物质,虽然都是1+价、2+价的物质,但性质迥异。
强:按照您的说法,每层电子轨道是上下叠加的“糖葫芦”形,而不是平面的同心圆扩大。
梦:是的,所以每层电子只有8个。我也很好奇,僵尸为什么将电子轨道模型想象成同心圆呢?而且在如此错误的模型下还能推导出元素的部分规律。
强:难怪过去我在化学的学习中总是迷茫,为什么元素排序只有前20是顺序,20以后就错乱了。尤其是同心圆的杂化轨道理解起来太混乱了,电子轨道按照您这个上下叠加的模型,清晰多了。每层电子都是8个,再加上极键轨道,18个元素一个循环,真是具有简洁的美感。
(作者提示:我在本章结尾的评论区附了新的“化学元素周期表”的图片,先看图片有利于理解下面的内容。)
梦:这就是大道至简,元素周期表的作用是——总结元素的性质和变化规律,正确的模型排序能够帮助你们更好的理解物质宇宙,尤其是指导材料学的发展。将化学元素按照横向排列重新绘制,用“甲、乙”表示极键,普通电子轨道用“丙丁戊己庚辛壬癸”表示8个电子位点,共形成10个元素族。然后按照“2+8+8的组合”作为一个循环组,这样118个元素共形成七个循环组,14层普通电子轨道,由此形成按元素顺序排列的、简洁的元素周期表。
强:前三个循环组1~54号元素的排列挺顺利的,将每列作为同族共性的元素,甲族元素为:氢、钾、铷;乙族元素为:氦、钙、铯;丙族元素为:锂、钠、钪、铜、钇、银;丁族元素为:铍、镁、钛、锌、锆、镉;戊族元素为:硼、铝、钒、镓、铌、铟;己族元素为:碳、硅、铬、锗、钼、锡;庚族元素为:氮、磷、锰、砷、锝、锑;辛族元素为:氧、硫、铁、硒、钌、碲;壬族元素为:氟、氯、钴、溴、铑、碘;癸族元素为:氖、氩、镍、氪、钯、氙。
梦:前54个元素排列的很好,形成三组6层的表格。前三个循环组可表示为 “一元、二元、三元”, 6层电子轨道,可用“1甲、2甲、3甲、4甲、5甲、6甲”来命名。
强:我还是发现许多不和谐的地方,比如癸族元素为:氖、氩、镍、氪、钯、氙,镍和钯夹在惰性气体中很突兀。
梦:从原子的结构角度来看,癸族元素都是符合规律的。从化学和物理性质来看确实突兀,镍和钯是金素,氖、氩、氪、氙是惰性气体。造成突兀的原因是原子的极性平衡。在一元1甲元素中,有8象限,在原子漏斗的两侧各分布2条轨道,4个电子位点,原子漏斗是围绕极轴对称平衡的。在一元2甲元素中,上下两层电子轨道形成16象限,在原子漏斗上下各有1层电子轨道,每层轨道靠外的4个位点成为最外层电子,形成围绕极轴对称的结构。在二元3甲元素中,进入第二组循环,新增的电子轨道只能分配在漏斗中心的单侧,使整个3甲处于偏重失衡的状态。
强:偏重失衡就能将惰性气体变成金属吗?
梦:所有的化学性质和物理性质都是电子的几何结构形成的,电子轨道的偏重倾斜,会影响中心极键的稳定,偏重使极轴偏转,使极键的电子稳定性降低,使本来最外层8个电子满额的惰性状态产生活性。当极键的电子的显现活性,镍为2+价,则使镍的性质与钙相似,并具有更大的色散力。同时,电子轨道的偏重,使3甲的4个电子下沉隐藏,4个电子上升活化,活化的4个电子显现为4+价,则镍趋近于铬的性质。当4个活化电子与2个极键电子配合则表现为6+价,则镍的性质与铁重合,具有铁磁性。
强:3甲的许多元素都与4甲不同,是不是都是这个原因?
梦:是的,3甲的偏重元素,核最外