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氧族元素的氫化物

九月 24, 2023

氧族元素的氫化物是二元氢化物（英语：Binary compounds of hydrogen），为氧族元素原子：氧、硫、硒、碲和钋，和氢原子形成的化合物。水是最早發現的这类化合物， 有一个氧原子和二个氢原子，也是地球表面最常见的氧族元素氫化物。[1]

水，硫化氢和硒化氢，3个典型的氧族元素氫化物

含有一個氧族元素的雙氫化合物 编辑

氧族元素最主要的氫化物（包括水在內）其化學式為H2X，X代表氧族元素。這些化合物是三原子化合物，其構型是角形分子構型，具有极性。水是地球生物中必需要的物質[2]，在地球表面有70.9%是水。其他的氧族雙氫化合物多半有劇毒性，有類似蛋或蔬菜腐壞的惡臭。硫化氫是在缺氧環境下分解的常見產物，有類似屁的氣味，硫化氫也是火山气体。雖然硫化氫有毒性，不過人體仍會產生少量的硫化氫，作為细胞信号传送用。

水可以溶解其他的氧族雙氫化合物（至少可以溶解到分子量小於等於碲化氫的化合物），形成酸性溶液，這種溶液的酸性比卤化氢要弱，不過有類似的趨勢，其酸性都隨氧族元素原子量增加而變大，在水中的形式也類似（將水變成水合氢离子H3O+，溶質變成XH−離子）。目前還不知道钋化氫和水是否會形成酸性溶液，或是類似金屬氫化物的物質（參見砹化氫）。

化合物 水溶液 化学式 幾何 pKa 模型
水 水 H2O   13.995  
硫化氫 氫硫酸 H2S   7.0  
硒化氫 氫硒酸 H2Se   3.89  
碲化氫 氫碲酸 H2Te   2.6  
钋化氢 氫钋酸 H2Po ?  
𫟷化氫 氫𫟷酸 H2Lv ?  

以下是這些化合物的一些特性[3]：

性质 H2O H2S H2Se H2Te H2Po
熔點（°C） 0.0 −85.6 −65.7 −51 −35.3
沸點（°C） 100.0 −60.3 −41.3 −4 36.1
  −285.9 +20.1 +73.0 +99.6 ?
氣態分子的鍵角（H–X–H） 104.45° 92.1° 91° 90° 90.9°（預測）[4]
解離常數（HX−, K1） 1.8 × 10−16 1.3 × 10−7 1.3 × 10−4 2.3 × 10−3 ?
解離常數（X2−, K2） 0 7.1 × 10−15 1 × 10−11 1.6 × 10−11 ?

含有二個氧族元素的雙氫化合物 编辑

這類的化合物化學式為H2X2，比較不穩定，容易分解為氧族元素以及氧族元素的雙氫化合物。例如：2 H2O2→2 H2O+O2。

這類化合物中最重要的是過氧化氫H2O2，淺藍色，幾近無色的液體，其揮發性比水低，但密度及粘度比水高。過氧化氫是重要的化合物，可以在不同酸鹼值下氧化或是還原其他物質，可以形成過氧金屬錯合物和過氧酸錯合物，也參與許多蛋白質的酸／鹼反應。低濃度的過氧化氫會用在家庭中，例如作為消毒劑或是頭髮漂白。不過高濃度溶液（英语：High-test peroxide）就有高度危險性。

化合物 化學式 鍵長 模型
过氧化氢
H2O2
 
 
二硫化氫
H2S2
 
 
二硒化氫[5]
H2Se2
—
 
二碲化氫[6]
H2Te2
—
 

以下是一些相關的性質：

性质 H2O2 H2S2 H2Se2 H2Te2
熔點（°C） -0.43 −89.6 ? ?
沸點（°C） 150.2 （分解） 70.7 ? ?

含有三个或以上的氧族元素的氢化物 编辑

所有直链型氧族元素氢化物都有一个通式 H2Xn。

比 H2O2 有更多氧原子的氢的氧化物（英语：Hydrogen polyoxide）都不稳定。[7] 过三氧化氢，含有三个氧原子， 在几个反应中是一个短暂的不稳定中间体。 之后的两个氢的氧化物：过四氧化氢（英语：Hydrogen tetroxide）和过五氧化氢（英语：Hydrogen pentoxide）也被合成了，有着高反应性。 过三氧化氢有一个假想异构体，其中两个氢原子连接在三氧链的中心氧上，而不是在每个末端连接一个氢原子。（结构：O–-(OH22+)-O–） [8]

从 H2S 和 H2S2之后，很多多硫化氢，通式H2Sn (n = 3–8) 已被发现并且是稳定的。[9] 它们具有无支链的硫链，反映了硫对串联的倾向。 从 H2S2开始， 所有的多硫化氢在常温下都是液体。 H2S2 是无色的，而其它多硫化氢是黄色的。随着 n 增加，它的颜色也越黄，密度、沸点和黏度也随着增加。 它们的物理性质如下表：[10]

化合物 20 °C 下的密度 (g•cm−3) 蒸气压 (mmHg) 沸点 (°C)
H2S 1.363 (g•dm−3) 1740 (kPa, 21 °C) -60
H2S2 1.334 87.7 70
H2S3 1.491 1.4 170
H2S4 1.582 0.035 240
H2S5 1.644 0.0012 285
H2S6 1.688 ? ?
H2S7 1.721 ? ?
H2S8 1.747 ? ?

但是，它们很容易被氧化，并且都是热不稳定的，容易歧化成硫和硫化氢： [10]

H2Sn → H2S + n − 1/8 S8

碱可以催化这个反应。[10]

它们也会和亚硫酸盐和氰化物 反应，形成硫代硫酸盐和硫氰酸盐。[10]

三硫化氢的另一种假想，已用电脑模拟的异构体，其中两个氢原子连接在三硫链的中心硫上，而不是在每个末端都连接一个。（结构：S–-(SH22+)-S–）[8]硫代亚硫酸的两个氧原子被硫取代后，会形成四硫化氢的异构体 ((HS)2S+–S–)，已被电脑模拟。[11] 硫代硫酸的三个氧原子被硫取代会产生五硫化氢的异构体，已通过电脑模拟出来了。[12]

更高价的钋氢化物可能存在。[13]

参见 编辑

參考資料 编辑

  1. ^ CIA – The world factbook. Central Intelligence Agency. [18 August 2016]. （原始内容于2010-01-05）. 
  2. ^ About the International Decade for Action 'Water for Life' 2005-2015. [2019-12-04]. （原始内容于2019-09-08）. 
  3. ^ Greenwood and Earnshaw, pp. 766–7
  4. ^ Sumathi, K.; Balasubramanian, K. Electronic states and potential energy surfaces of H2Te, H2Po, and their positive ions. Journal of Chemical Physics. 1990, 92 (11): 6604–6619. Bibcode:1990JChPh..92.6604S. doi:10.1063/1.458298. 
  5. ^ Goldbach, Andreas; Saboungi, Marie-Louise; Johnson, J. A.; Cook, Andrew R.; Meisel, Dan. Oxidation of Aqueous Polyselenide Solutions. A Mechanistic Pulse Radiolysis Study. J. Phys. Chem. A. 2000, 104 (17): 4011–4016. Bibcode:2000JPCA..104.4011G. doi:10.1021/jp994361g. 
  6. ^ Hop, Cornelis E. C. A.; Medina, Marco A. H2Te2 Is Stable in the Gas Phase. Journal of the American Chemical Society. 1994, 1994 (116): 3163–4. doi:10.1021/ja00086a072. 
  7. ^ Greenwood and Earnshaw, pp. 633–8
  8. ^ 8.0 8.1 Dobado, J. A.; Martínez-García, Henar; Molina, José; Sundberg, Markku R. Chemical Bonding in Hypervalent Molecules Revised. 2. Application of the Atoms in Molecules Theory to Y2XZ and Y2XZ2 (Y = H, F, CH3; X = O, S, Se; Z = O, S) Compounds. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121 (13): 3156–3164. doi:10.1021/ja9828206. 
  9. ^ R. Steudel "Inorganic Polysulfanes H2S2 with n > 1" in Elemental Sulfur and Sulfur-Rich Compounds II (Topics in Current Chemistry) 2003, Volume 231, pp 99-125. doi:10.1007/b13182
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 10.3 Greenwood and Earnshaw, p. 683
  11. ^ Laitinen, Risto S.; Pakkanen, Tapani A.; Steudel, Ralf. Ab initio study of hypervalent sulfur hydrides as model intermediates in the interconversion reactions of compounds containing sulfur–sulfur bonds. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109 (3): 710–714. doi:10.1021/ja00237a012. 
  12. ^ Nishimoto, Akiko; Zhang, Daisy Y. Hypervalency in sulfur? Ab initio and DFT studies of the structures of thiosulfate and related sulfur oxyanions. Sulfur Letters. 2003, 26 (5/6): 171–180. doi:10.1080/02786110310001622767. 
  13. ^ Liu, Yunxian; Duan, Defang; Tian, Fubo; Li, Da; Sha, Xiaojing; Zhao, Zhonglong; Zhang, Huadi; Wu, Gang; Yu, Hongyu; Liu, Bingbing; Cui, Tian. Phase diagram and superconductivity of polonium hydrides under high pressure. 2015. arXiv:1503.08587   [cond-mat.supr-con]. 

九月 24, 2023
氧族元素的氫化物, 是二元氢化物, 英语, binary, compounds, hydrogen, 为氧族元素原子, 碲和钋, 和氢原子形成的化合物, 水是最早發現的这类化合物, 有一个氧原子和二个氢原子, 也是地球表面最常见的氧族元素氫化物, 硫化氢和硒化氢, 3个典型的氧族元素氫化物目录, 含有一個氧族元素的雙氫化合物, 含有二個氧族元素的雙氫化合物, 含有三个或以上的氧族元素的氢化物, 参见, 參考資料含有一個氧族元素的雙氫化合物, 编辑氧族元素最主要的氫化物, 包括水在內, 其化學式為h2x, x代表氧族. 氧族元素的氫化物是二元氢化物 英语 Binary compounds of hydrogen 为氧族元素原子 氧 硫 硒 碲和钋 和氢原子形成的化合物 水是最早發現的这类化合物 有一个氧原子和二个氢原子 也是地球表面最常见的氧族元素氫化物 1 水 硫化氢和硒化氢 3个典型的氧族元素氫化物目录 1 含有一個氧族元素的雙氫化合物 2 含有二個氧族元素的雙氫化合物 3 含有三个或以上的氧族元素的氢化物 4 参见 5 參考資料含有一個氧族元素的雙氫化合物 编辑氧族元素最主要的氫化物 包括水在內 其化學式為H2X X代表氧族元素 這些化合物是三原子化合物 其構型是角形分子構型 具有极性 水是地球生物中必需要的物質 2 在地球表面有70 9 是水 其他的氧族雙氫化合物多半有劇毒性 有類似蛋或蔬菜腐壞的惡臭 硫化氫是在缺氧環境下分解的常見產物 有類似屁的氣味 硫化氫也是火山气体 雖然硫化氫有毒性 不過人體仍會產生少量的硫化氫 作為细胞信号传送用 水可以溶解其他的氧族雙氫化合物 至少可以溶解到分子量小於等於碲化氫的化合物 形成酸性溶液 這種溶液的酸性比卤化氢要弱 不過有類似的趨勢 其酸性都隨氧族元素原子量增加而變大 在水中的形式也類似 將水變成水合氢离子H3O 溶質變成XH 離子 目前還不知道钋化氫和水是否會形成酸性溶液 或是類似金屬氫化物的物質 參見砹化氫 化合物 水溶液 化学式 幾何 pKa 模型水 水 H2O nbsp 13 995 nbsp 硫化氫 氫硫酸 H2S nbsp 7 0 nbsp 硒化氫 氫硒酸 H2Se nbsp 3 89 nbsp 碲化氫 氫碲酸 H2Te nbsp 2 6 nbsp 钋化氢 氫钋酸 H2Po nbsp 𫟷化氫 氫𫟷酸 H2Lv nbsp 以下是這些化合物的一些特性 3 性质 H2O H2S H2Se H2Te H2Po熔點 C 0 0 85 6 65 7 51 35 3沸點 C 100 0 60 3 41 3 4 36 1D H f k J m o l 1 displaystyle Delta H f circ left mathrm kJ cdot mol 1 right nbsp 285 9 20 1 73 0 99 6 氣態分子的鍵角 H X H 104 45 92 1 91 90 90 9 預測 4 解離常數 HX K1 1 8 10 16 1 3 10 7 1 3 10 4 2 3 10 3 解離常數 X2 K2 0 7 1 10 15 1 10 11 1 6 10 11 含有二個氧族元素的雙氫化合物 编辑這類的化合物化學式為H2X2 比較不穩定 容易分解為氧族元素以及氧族元素的雙氫化合物 例如 2 H2O2 2 H2O O2 這類化合物中最重要的是過氧化氫H2O2 淺藍色 幾近無色的液體 其揮發性比水低 但密度及粘度比水高 過氧化氫是重要的化合物 可以在不同酸鹼值下氧化或是還原其他物質 可以形成過氧金屬錯合物和過氧酸錯合物 也參與許多蛋白質的酸 鹼反應 低濃度的過氧化氫會用在家庭中 例如作為消毒劑或是頭髮漂白 不過高濃度溶液 英语 High test peroxide 就有高度危險性 化合物 化學式 鍵長 模型过氧化氢 H2O2 nbsp nbsp 二硫化氫 H2S2 nbsp nbsp 二硒化氫 5 H2Se2 nbsp 二碲化氫 6 H2Te2 nbsp 以下是一些相關的性質 性质 H2O2 H2S2 H2Se2 H2Te2熔點 C 0 43 89 6 沸點 C 150 2 分解 70 7 含有三个或以上的氧族元素的氢化物 编辑所有直链型氧族元素氢化物都有一个通式 H2Xn 比 H2O2 有更多氧原子的氢的氧化物 英语 Hydrogen polyoxide 都不稳定 7 过三氧化氢 含有三个氧原子 在几个反应中是一个短暂的不稳定中间体 之后的两个氢的氧化物 过四氧化氢 英语 Hydrogen tetroxide 和过五氧化氢 英语 Hydrogen pentoxide 也被合成了 有着高反应性 过三氧化氢有一个假想异构体 其中两个氢原子连接在三氧链的中心氧上 而不是在每个末端连接一个氢原子 结构 O OH22 O 8 从 H2S 和 H2S2之后 很多多硫化氢 通式H2Sn n 3 8 已被发现并且是稳定的 9 它们具有无支链的硫链 反映了硫对串联的倾向 从 H2S2开始 所有的多硫化氢在常温下都是液体 H2S2 是无色的 而其它多硫化氢是黄色的 随着 n 增加 它的颜色也越黄 密度 沸点和黏度也随着增加 它们的物理性质如下表 10 化合物 20 C 下的密度 g cm 3 蒸气压 mmHg 沸点 C H2S 1 363 g dm 3 1740 kPa 21 C 60H2S2 1 334 87 7 70H2S3 1 491 1 4 170H2S4 1 582 0 035 240H2S5 1 644 0 0012 285H2S6 1 688 H2S7 1 721 H2S8 1 747 但是 它们很容易被氧化 并且都是热不稳定的 容易歧化成硫和硫化氢 10 H2Sn H2S n 1 8 S8碱可以催化这个反应 10 它们也会和亚硫酸盐和氰化物 反应 形成硫代硫酸盐和硫氰酸盐 10 三硫化氢的另一种假想 已用电脑模拟的异构体 其中两个氢原子连接在三硫链的中心硫上 而不是在每个末端都连接一个 结构 S SH22 S 8 硫代亚硫酸的两个氧原子被硫取代后 会形成四硫化氢的异构体 HS 2S S 已被电脑模拟 11 硫代硫酸的三个氧原子被硫取代会产生五硫化氢的异构体 已通过电脑模拟出来了 12 更高价的钋氢化物可能存在 13 参见 编辑硼族元素的氢化物 碳族元素的氢化物 氮族元素的氫化物 鹵化氫 氢化物參考資料 编辑 CIA The world factbook Central Intelligence Agency 18 August 2016 原始内容存档于2010 01 05 About the International Decade for Action Water for Life 2005 2015 2019 12 04 原始内容存档于2019 09 08 Greenwood and Earnshaw pp 766 7 Sumathi K Balasubramanian K Electronic states and potential energy surfaces of H2Te H2Po and their positive ions Journal of Chemical Physics 1990 92 11 6604 6619 Bibcode 1990JChPh 92 6604S doi 10 1063 1 458298 Goldbach Andreas Saboungi Marie Louise Johnson J A Cook Andrew R Meisel Dan Oxidation of Aqueous Polyselenide Solutions A Mechanistic Pulse Radiolysis Study J Phys Chem A 2000 104 17 4011 4016 Bibcode 2000JPCA 104 4011G doi 10 1021 jp994361g Hop Cornelis E C A Medina Marco A H2Te2 Is Stable in the Gas Phase Journal of the American Chemical Society 1994 1994 116 3163 4 doi 10 1021 ja00086a072 Greenwood and Earnshaw pp 633 8 8 0 8 1 Dobado J A Martinez Garcia Henar Molina Jose Sundberg Markku R Chemical Bonding in Hypervalent Molecules Revised 2 Application of the Atoms in Molecules Theory to Y2XZ and Y2XZ2 Y H F CH3 X O S Se Z O S Compounds J Am Chem Soc 1999 121 13 3156 3164 doi 10 1021 ja9828206 R Steudel Inorganic Polysulfanes H2S2 with n gt 1 in Elemental Sulfur and Sulfur Rich Compounds II Topics in Current Chemistry 2003 Volume 231 pp 99 125 doi 10 1007 b13182 10 0 10 1 10 2 10 3 Greenwood and Earnshaw p 683 Laitinen Risto S Pakkanen Tapani A Steudel Ralf Ab initio study of hypervalent sulfur hydrides as model intermediates in the interconversion reactions of compounds containing sulfur sulfur bonds J Am Chem Soc 1987 109 3 710 714 doi 10 1021 ja00237a012 Nishimoto Akiko Zhang Daisy Y Hypervalency in sulfur Ab initio and DFT studies of the structures of thiosulfate and related sulfur oxyanions Sulfur Letters 2003 26 5 6 171 180 doi 10 1080 02786110310001622767 Liu Yunxian Duan Defang Tian Fubo Li Da Sha Xiaojing Zhao Zhonglong Zhang Huadi Wu Gang Yu Hongyu Liu Bingbing Cui Tian Phase diagram and superconductivity of polonium hydrides under high pressure 2015 arXiv 1503 08587 nbsp cond mat supr con 取自 https zh wikipedia org w index php title 氧族元素的氫化物 amp oldid 69518483, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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