為什麼說鍅的金屬性不如銫,活動性不如鉀

時間 2021-05-11 21:55:13

1樓:小水道平

這個人家科普中國還真沒說錯,這個還真的是受相對論效應影響的。

首先,先看一下鍅在元素週期表中的位置:

它在第七週期,第一主族。現在的化學基礎課程裡面一般不提及第七週期的元素,一是由於放射性,二是好多元素發現比較晚。尤其是第七週期元素直到最近才填滿。

但是一些元素的化學性質是被研究了的。

首先先看一下為什麼說第一主族元素從上到下活動性依次增強呢?一般來說是因為最外層軌道的電子能量越來越高,所以越來越活潑。

那麼為什麼最外層電子會能量越來越高呢?原因是電子層數的增大在這裡佔據了主要因素,由於電子層數的增加,在最外層的s軌道電子離核越來越遠,所以能量越來越高。

但是注意:第六週期第七週期完全不一樣。這兩個週期很特殊。在第六週期最典型的例子就是6s惰性電子對效應。(這點對金和汞尤其明顯)

首先先解釋一下惰性電子對效應,由於我本人是學化學的,這裡只能大概解釋一下。這個效應是由於內層電子(主要是n=1的電子層)過於靠近原子核,在原子核強大的靜電引力下,k層的s軌道電子繞核運動速度過快。(這只是乙個形象的說法,正確的處理方式需要用到量子電動力學這個我真不會,這種繞核運動僅僅只是形象的說法,實際上是錯誤的)總所周知,速度是有上限的,即光速。

那麼電子在接近光速的時候就會產生明顯的相對論效應,這使得電子運動軌道更接近於原子核,1s軌道的遮蔽效應增強,進而導致了外層的dfg軌道上的電子軌道膨脹,導致其本身的遮蔽效應降低。從而導致了,最外層的s軌道上的電子受核吸引力變大,進而降低能量。

內層電子電子層數如果比最外層電子少兩層的話基本上認為其遮蔽常數就是1了,也就是說乙個電子可以完全的貢獻乙個負電荷。對於電子層數比較接近的就不一樣了,乙個電子貢獻不了乙個淨的負電荷。

那麼聰明的讀者已經發現,金元素已經出現了明顯的惰性電子對效應,那麼其後面的元素原子核質子數更多,是不是其最外層s軌道電子也會出現類似的效應?答案是肯定的,第六週期汞之後的元素基本都反常。例如其之後的三價釒它,四價鉛,五價鉍的強氧化性,其相應的二價產物都相對穩定。

那麼上面這一大段理論解釋完之後,我們就知道了6s,7s電子實際上軌道是收縮的,是反常的。按照最開始的結論,最外層電子能量越高越活潑,那麼鍅由於最外層電子7s電子電子軌道收縮,能量變低,進而導致相對較穩定,使得其性質反常,活潑性下降。

最後提一句,相對論收縮甚至會導致電子出現分層不明顯的現象。

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