非金屬元素氧化物的水合物為含有一個(gè)或多個(gè)OH基團(tuán)的氫氧化物。作為這化合物的中心原子,即非金屬R,它周圍能結(jié)合多少個(gè)OH,取決于R+的電荷數(shù)及半徑大小。一般說來,R+n的電荷越高,半徑越大,能結(jié)合的OH-基團(tuán)數(shù)目越多。但是當(dāng)R+n的電荷很高時(shí),其半徑往往很小,例如Cl+7應(yīng)能結(jié)合七個(gè)OH基團(tuán),但是由于它的半徑太?。?.027nm),容納不了這許多OH,勢必脫水,直到Cl+7周圍保留的異電荷離子或基團(tuán)數(shù)目,既能滿足Cl+7的氧化數(shù)又能滿足它的配位數(shù),而配位數(shù)與兩種離子的半徑比值有關(guān)。處于同一周期的元素,其配位數(shù)大致相同。表15-4列出了第2、3周期非金屬元素最高氧化態(tài)氫氧化物的組成。
若以R—O—H表示脫水后的氫氧化物,則在這分子中存在著R—O及O—H兩種極性鍵,ROH在水中有兩種離解方式:
ROH→R++OH-堿式離解
ROH→RO-+H+酸式離解
ROH按堿式還是按酸式離解,與陽離子的極化作用有關(guān)。陽離子的電荷越高,半徑越小,則這陽離子的極化作用越大??ㄌ乩灼妫–art-ledge,G.H)曾經(jīng)把這兩個(gè)因素結(jié)合在一起考慮,提出“離子勢”的概念,用離子勢表示陽離子的極化能力。
離子勢即陽離子電荷與陽離子半徑之比,常用符號(hào)φ表示如下:
φ=陽離子電荷/陽離子半徑=Z/r
例如:Na+的電荷Z=+1,離子半徑r=0.097nm,φNa+=10
Al3+的Z=+3,r=0.051nm,φAl3+=59
這個(gè)概念也適用于帶電荷的原子如B+3、S+6或Cl+7等以及陰離子。如:S+6的Z=+6,r=0.030nm,φs+6=200
在ROH中,若R+n的φ值大,即其極化作用強(qiáng),氧原子的電子云將偏向,從而使O—H鍵的極性增強(qiáng),所以ROH以酸式離解為主。
如果R+n的φ值小,R—O鍵比較弱,則ROH傾向于作堿式離解。有人找出用φ值判斷ROH酸堿性的經(jīng)驗(yàn)公式如下:
總而言之,R+n的值大,ROH是酸;φ值小,ROH是堿。非金屬元素的φ值一般都較大,所以它們的氫氧化物為含氧酸。
離子化合物的許多性質(zhì),如溶解性,鹽類的熱穩(wěn)定性、水解性以及離子形成配合物的能力等等都與陽離子對(duì)陰離子或偶極分子的靜電引力有關(guān)。因此,用離子勢可以說明離子化合物的這些性質(zhì)。周期表中出現(xiàn)的對(duì)角線上元素性質(zhì)相似的規(guī)律也常用離子勢解釋。
不過,φ=Z/r是從事實(shí)經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)出的,它不能符合所有事實(shí)。也有人用Z/r2或Z2/r等等其它函數(shù)式來表示離子的極化能力以符合另一些事實(shí)。不論其表示方法如何,都說明離子的電荷-半徑比是決定離子極化程度大小的主要因素。