詳細解析關于碳族元素的疑難點

　　1、碳族元素的相似性和遞變性

　　碳族元素包括（C）、硅（Si）、鍺（Ge）、錫（Sn）、鉛（Pb）等五種元素，位于周期表的第IVA族，其原子最外層上均有4個電子。碳族元素的原子不容易得、失電子，通常表現為較易形成共價化合物，而較難形成離子化合物。

　　①那么，碳族元素為何容易形成共價化合物，而不易形成離子化合物呢？

　　原來，碳族元素介于典型金屬（IA）和典型非金屬（VIIA）的中間，其最外層電子數為4。因為碳族元素原子的最外層上有4個電子，在化學反應中往往既不容易失去電子形成陽離子，也不容易得到電子形成陰離子，而是以共價鍵的形式與其他元素結合形成化合物，這就是碳族元素的成鍵特點。故碳族元素通常易形成共價化合物，不易形成簡單的離子。

　　當然，我們也不能將這個問題絕對化，一方面說碳族元素不易直接形成離子鍵，并不是說碳族元素不能存在于離子化合物之中，因為很多碳酸鹽及簡單的硅酸鹽都是離子化合物；另一方面，像鉛等原子半徑特別大的元素，也可在一定條件下形成簡單的陽離子。

　　②碳族元素的主要化合價有+4價和+2價，其中C、Si、Ge、Sn的+4價化合物比較穩定，而Pb的+2價化合物比較穩定。鉛的+2價化合物穩定，而其它碳族元素的+4價化合物穩定體現出了同一主族元素的一般性與特殊性之間的關系。

　　2、碳族元素及其單質的一些重要性質

　　①在周期表中從上到下，顏色：堿金屬略有加深，鹵素依次加深，氧族中氧硒加深，碳族中分為三截：CSi加深，SnPb加深；Ge比Si淺，但比Sn深。熔點、沸點：堿金屬依次降低，鹵素和氧族依次升高，碳族總體呈降低趨勢（熔點：錫比鉛低；沸點：鍺比硅高）。

　　②碳是明顯的非金屬，硅、鍺是半導體，錫、鉛是明顯的金屬。碳、硅雖屬非金屬，但其熔、沸點明顯比鹵族、氧族中的非金屬要高得多，其原因主要是碳、硅屬原子晶體。鹵族，氧族中的非金屬通常屬于分子晶體，據此便可解釋有關熔、沸點的遞變現象。同理，從錫、鉛熔點遞變與堿金屬遞變的差異性中，也可說明錫、鉛結構不同的實質。

　　堿金屬、鹵素單質的熔沸點隨著原子序數的遞增，均呈現出一定的變化規律，但碳族元素單質的熔沸點卻無明確的變化規律。這是因為，物質的熔沸點決定于物質形成晶體的結構。

　　對于堿金屬和鹵素而言，它們同一族元素的單質所形成的晶體屬于同一類型。堿金屬單質形成金屬晶體，它們的價電子數相同，隨著原子半徑的增大，其金屬鍵減弱，故熔沸點降低；鹵素的單質形成分子晶體，隨著分子量的增大，其分子間作用力增強，故熔沸點升高。對于碳族元素而言，由于它們的單質的晶體類型不同，所以不可能形成同一規律。碳可形成金剛石（原子晶體）、石墨（混合型晶體）及C60等多種晶體，硅通常形成原子晶體，而錫和鉛形成金屬晶體，鍺的晶體類型不甚明確。氧族元素、氮族元素的單質也有類似的情況。金剛石、石墨、晶體硅屬原子晶體，其熔、沸點很高，碳族元素單質的結構相對于其它族元素單質的結構較為復雜。

　　3、碳族元素的金屬性與非金屬性

　　①在碳族元素的單質中，碳是非金屬；硅雖外貌像金屬，但在化學反應中多顯示非金屬性，通常被認為是非金屬；鍺的金屬性比非金屬性強；錫和鉛都是金屬。可見，金屬和非金屬之間并無絕對嚴格的界限，如石墨雖屬非金屬，卻具有金屬光澤、能導電、導熱等金屬性質；硅、鍺則是良好的半導體材料等。碳族元素的金屬性和非金屬性遞變規律學習中主要把握其表現形式，如比較碳族元素和其他族元素的原子半徑大小、氫化物穩定性、最高價氧化物對應水化物的酸堿性強弱等等。

　　②已知在金屬活動性順序表中，錫位于鉛之前，而根據元素周期律，由同主族元素性質的遞變規律推斷可知鉛應比錫的金屬性強，這是為什么呢？

　　金屬性的相對強弱與金屬活動性的相對強弱看來還有一定的差別。金屬活動性主要是通過測定在溶液中發生反應的活性而得，金屬性的測定則更強調原子狀態下的反應活性。由于錫鉛在固態時，其晶體結構可能有差異，從而導致在通常狀況下的反應活性與其原子結構的不一致性。可見判斷物質的化學性質具有一定的復雜性。元素的金屬性是指元素的氣態原子失去電子的性質，主要用第一電離能來量度，第一電離能越小，則元素的金屬性越強。查有關化學數據手冊可知，錫的第一電離能為7.34eV，而鉛的第一電離能為7.42eV，故錫的金屬性應比鉛強。金屬活動順序表是以實驗事實為依據編寫的，金屬活動性除了與第一電離能有關外，還與金屬離子的水和能、水和離子在水中的遷移速率等有關。不管從哪個角度比較，都是錫的金屬性比鉛強。

　　這樣一來，就出現了事實與現階段所學理論不相符合的現象。其實，這是周期律中鑭系收縮規律在發揮作用。因為鉛位于周期表中第六周期，第六周期中由于鑭系15種元素的存在，使得后邊的元素原子半徑顯著減小。元素的金屬性、非金屬性都是核電荷數和原子半徑分別對元素原子得失電子的影響的綜合結果。而這兩者是一對矛盾。從錫到鉛，原子半徑的增大所起的作用（使原子失電子能力增強）減弱，而核電荷數增大所起的作用（使原子失去電子能力減弱）依然如故。所以，就出現了錫在鉛的上方，反而金屬性比鉛強的情況。

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