亲氧性元素和亲硫性元素
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发布时间：2022-04-23 23:02
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时间：2023-10-13 00:50
地壳内氧和硫易获得电子,以阴离子形式与其他元素结合。但由于氧和硫的电子层结构存在差异及两者获取电子的能力和方式不同,与两者结合所要求的阳离子的电子层结构也不同。
2.2.2.1 氧和硫的性质
氧、硫性质存在明显的差异,两者的基本化学参数见表2.1。
表2.1 氧和硫的某些化学参数
硫的电负性小于氧(XS<XO),而硫的原子半径大于氧 。这样一来,由于硫的外电子与原子核的联系较弱,导致硫受极化的程度要比氧大得多。因此,硫倾向形成共价键(或配价键的给予体),氧倾向形成离子键(或部分共价键)。
2.2.2.2 与氧、硫结合的阳离子性质
只有能与硫结合形成高度共价键性质的金属才会显示亲硫倾向;同样,只有能与氧以离子键性结合的金属才是亲氧元素。亲氧性元素有K、Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、REE等,它们的特征是:有惰性气体的电子层结构,电负性较小。亲硫性元素有Cu、Pb、Zn、Au、gA等,它们的特征是:有18或18+2的外电子层结构,电负性较高。
两元素间的电负性差值为判断元素结合时的化学键性质提供了良好的标尺,它是制约元素亲和性的主要因素。一般根据金属离子与氧(电负性为3.5)或硫(电负性为2.5)的电负性差值就可以判断元素的亲氧性或亲硫性强弱。以第四周期部分元素的离子为例,通过它们的电负性及其与O2-和S2-电负性的差值,可以了解元素的电负性、化学键性变化和元素与氧、硫结合倾向性之间的联系(表2.2)。
由表可以看出:随着第四周期从左向右金属阳离子的电负性增大,元素形成化合物时离子键成分减少,共价键成分增多,因此元素的亲氧倾向性减弱,亲硫倾向性增强。
表2.2 第四周期元素的电负性与亲和性
注:相对电负性——将Li的电负性定义为1,F的电负性定义为4,其他元素的相对电负性通过与iL、F电负性的大小来确定。
除了离子的电负性外,离子的键性、电价、半径等也影响元素的地球化学亲和性。
在判断元素的地球化学亲和性时,化学键性是第一位的。在化学键型相同的情况下则要考虑原子(离子)结合时的几何稳定性,如半径——一般离子半径小的元素亲氧,离子半径大的元素亲硫;当元素间以共价键相结合时,因共价键有方向性和饱和性,元素的结合还会受配位多面体形式的制约。
亲氧元素与氧结合以后形成的氧化物、含氧盐等矿物是构成岩石圈的主要矿物形式,因此亲氧元素又称为亲石元素。亲硫元素和硫结合生成的硫化物、硫盐等常和铜的硫化物共生,亲硫元素又被称为亲铜元素。
元素的地球化学亲和性本质上取决于元素相互化合时的能量效应,元素亲氧-亲硫性强弱的控制因素和判断准则将分别在本章第5节和第4章做进一步介绍。
