精彩问答

Q

为什么人工合成的元素半衰期比较短?

A

  人工合成元素,在化学中是指自然界中不存在,只有通过人工方法才能制造出来的化学元素。一般通过将两种元素以高速撞击,增大自然存在的元素原子核质子的个数,达到增大原子序数,制造出新的元素。至今已有20多种人工合成元素被合成出来,它们均是不稳定的放射性元素,半衰期从几年到仅仅只有数毫秒。另外,还有十几种元素最初是通过人工合成的方式发现,但是后来在自然界中,也发现有痕迹量的存在。人工合成元素的产生方式有核聚变和中子俘获。至于半衰期短的原因,主要是因为原子核自发裂变的几率大,相对于α衰变来说,自发裂变是很快的过程,所以半衰期很短。因此,严格来说,是由于原子核质量较大,元素不稳定,半衰期短,在自然界中并不存在,所以才需要通过人工合成的方法去制造。

  目前,利用核裂变和核聚变技术,人工可以合成各种不同元素,既包括稳定的元素,也包括不稳定的放射性元素。但目前“人工合成元素”往往指的是自然界中不存在的元素,例如第七周期中的超重元素,这些元素原子核结构不稳定,易发生衰变反应,因此寿命普遍较短。

  (张如范 清华大学/胡憾石 清华大学/徐超 清华大学)

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Q

形成配位键的化合物中的配体在水溶液中能电离出来吗?

A

  水溶液中的配位化合物也存在着配位-离解平衡,因此一部分配体能在水溶液中电离出来。由于配位化合物的种类以及溶液化学环境的不同,配体在水中电离的程度也有所区别。

  配位化合物包含由中心原子或离子与几个配体分子或离子以配位键相结合而形成的复杂分子或离子,通常称为“配位单元”。 形成配位键的化合物中的配体在水溶液中是可以解离的,因此也有稳定性这一说法。配位化合物的稳定性主要指热稳定性和配合物在溶液中是否容易电离出其组分(中心原子和配位体)。配位本体在溶液中可以微弱地离解出极少量的中心原子(离子)和配位体,这个过程与弱电解质的电离平衡很相似,也有其离解平衡常数,称为配合物的稳定常数K。K越大,配合物越稳定,即在水溶液中离解程度小。影响配合物稳定常数的影响因素包括:螯合效应、金属离子类别、离子半径的影响等。

  (胡憾石 清华大学/张如范 清华大学)

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Q

离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体的区别是什么?

A

  首先需要明确四者的定义。离子晶体是阴离子和阳离子间以离子键键合形成的晶体。原子晶体的定义为原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。分子晶体的定义为由分子构成,相邻分子靠分子间作用力相互吸引构成的的晶体。金属晶体是由金属原子以金属键堆垛排列形成的晶体。

  主要区别在于:原子晶体内的各个原子间都含有共价键,内部并不含有分子结构;分子晶体只是分子内部含有共价键,而分子间是范德华力(即分子间作用力)。因此原子晶体的特点是熔沸点高,硬度大,难溶于一般溶剂,而分子晶体的特点是低熔点,易升华,硬度很小等。原子呈短程有序排列的通常都是固态的晶体。离子晶体的特点是:晶体中无单个分子存在;熔沸点较高,硬度较大,难挥发难压缩;水溶液或者熔融状态下均导电。金属晶体的特点是:在晶体中,不存在单个分子;阳离子被自由电子所包围;较高的导电性、导热性、延展性 ,有金属光泽。

  (张如范 清华大学)

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Q

如何根据电负性判断共价键还是离子键?

A

  化学键主要分为共价键,离子键以及金属键三类。

  电负性是各元素的原子吸引电子能力的一种相对标度。某一元素的电负性数值越大,则说明其对电子的吸引能力越强。

  当两原子成键时,通常认为:①当两元素的原子电负性差值小于 0.5时:此情况下两原子吸引电子的能力相近,可认为成键电子被平均分配给两个原子,两原子之间成非极性共价键。例如C-C键;C-H键等。②当两元素的原子电负性差值大于0.5,但小于1.7时:此情况下成键电子并不是被平均地分配给两个原子,电负性较大的元素的原子对成键电子的吸引较强。此时两原子之间成极性共价键。例如C-O键,O-H键等。③当两元素的原子电负性差值大于1.7时:此情况下两原子吸引电子的能力相差很大,成键原子几乎全部被电负性较大的元素的原子所占有。此时两原子之间成离子键(可认为是两个带电粒子之间静电力的作用)。需要说明的是,我们通过原子间电负性的差异把化学键分为以上三种类型,但它们之间并没有非常明显的边界(如0.5, 1.7),有些化学键的性质介于某两种类型之间,很难明确定义为某一种键。

  (刘强 清华大学)

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Q

什么是锶?

A

  锶,原子序数38,原子量87.62。元素名来源它的发现地的地名。1790年克劳福德在苏格兰斯特朗申得铅矿中第一次识别了自然界存在的碳酸锶;1792年霍普证实并分离了钡、锶、钙的化合物;1808年戴维利用汞阴极电解氢氧化锶,第一次得到纯的金属锶,并命名。锶在地壳中的含量为0.02%,主要矿石为天青石和菱锶矿,锶也在动、植物中与钙共存。锶有四个天然同位素。锶是一种活泼金属,熔点769°C,沸点1384°C,锶能与水直接反应,与酸猛烈反应;锶与卤素、氧和硫都能迅速反应;锶在空气中会很快生成保护性氧化膜;锶在空气中加热会燃烧;在一定条件下可与氮、碳、氢直接化合;由于锶很活泼,应保存在煤油中。金属锶的实际应用很少;锶的挥发性盐在火焰中呈现红色,可用作焰火、照明灯和曳光弹的材料;放射性锶90可治疗骨癌。

  (胡憾石 清华大学)

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