p區(qū)元素原子外層電子構(gòu)型為ns2np1~6,系周期表中第ⅢA~ⅦA和零族元素。依次稱為硼族、碳族、氮族、氧族、鹵族元素和稀有氣體。其中鎵、銦、鉈、鍺、硒為分散性稀有元素;氮、氖、氬、氪、氙、氧是稀有氣體;釙、砹、氧是放射性元素。
表5-3、表5-4分別列出了主族(包括零族)元素單質(zhì)的晶體類型和p區(qū)元素單質(zhì)的主要物理性質(zhì)。
表5-3 主族及零族元素單質(zhì)的晶體類型
ⅠA | ⅡA | ⅢA | ⅣA | ⅤA | ⅥA | ⅦA | 0族 |
H2 分子晶體 |
He 分子晶體 |
||||||
Li 金屬晶體 |
Be 近于金屬晶體 |
B 原子晶體 |
C 金剛石:原子晶體 石墨:層狀結(jié)構(gòu)晶體 |
N2 分子晶體 |
O2 分子晶體 |
F2 分子晶體 |
Ne 分子晶體 |
Na 金屬晶體 |
Mg 金屬晶體 |
Al 金屬晶體 |
Si 原子晶體 |
P 白磷(P):分子晶體; 黑磷(Px):層狀結(jié)構(gòu)晶體 |
S 斜方硫(S3)、單斜硫(S8):分子晶體; 彈性硫(Sx):鏈狀結(jié)構(gòu)晶體
|
Cl2 分子晶體 |
Ar 分子晶體 |
K 金屬晶體 |
Ca 金屬晶體 |
Ga 金屬晶體 |
Ge 原子晶體 |
As 黃砷(As4):分子晶體; 灰砷(Asx):層狀結(jié)構(gòu)晶體 |
Se 紅硒(Se):分子晶體; 灰硒(Sex):鏈狀結(jié)構(gòu)晶體 |
Br2
分子晶體 |
Kr
分子晶體 |
Rb 金屬晶體 |
Sr 金屬晶體 |
In 金屬晶體 |
Sn 灰錫:原子晶體 |
Sb 黃銻(Sb4):分子晶體; 灰銻(Sbx):層狀結(jié)構(gòu)晶體 |
Te 灰碲:鏈狀結(jié)構(gòu)晶體 |
I2
分子晶體(具有某些金屬性) |
Xe
分子晶體 |
Cs 金屬晶體 |
Ba 金屬晶體 |
Tl 金屬晶體 |
Pb 金屬晶體 |
Bi 層狀結(jié)構(gòu)晶體(近于金屬晶體) |
Po 金屬晶體 |
At (人工合成元素) |
Rn
分子晶體 |
表5-4 p區(qū)元素單質(zhì)的主要物理性質(zhì)
族 | 元素 | 原子序數(shù) | 密度/g·cm-3 | 熔點/K | 沸點/K |
硬度 (金剛石=10) |
導電性 (Hg=1) |
ⅢA |
B Al In Tl |
5 13 31 49 81 |
2.40 2.70 5.93 7.29 11.85 |
2300 933 302.9 429.4 576.8 |
4200 2720 2510 2320 1743 |
9.3 2.9 1.5 1.2 1.0 |
36.1 1.7 10.6 5.0 |
ⅣA |
C Si Ge Sn |
6 14 32 50 82 |
3.51(金剛石) 2.25(石墨) 2.33 5.36 5.77 11.34 |
>3823 1696 1233 505.1 600.6 |
5100
2953 3163 2960 2024 |
10(金剛石) 1(石墨) 7 65 2 1.5 |
0.001 8.3 4.6 |
ⅤA |
N P As Sb Bi |
7 15 33 51 83 |
1.03 1.83(白) 5.7 6.6 9.8 |
63.1 317.4 1090(一定壓力下) 903.5 544.5 |
77.4 553 886(升華) 1910 1853 |
3.5 3 2.5 |
2.5 0.8 |
ⅥA |
O S Se Te |
8 16 34 52 84 |
1.30 2.06 4.82(灰) 6.25 9.20 |
54.4 392.2 490.6 723 527 |
90.2 717.8 961 1360 1235 |
||
ⅦA |
F Cl I |
9 17 35 53 |
1.11 1.56 3.20 4.93 |
53.6 172.2 266 386.8 |
85.3 231.1 331.3 457.7 |
||
0 |
He Ne Ar Kr Xe |
2 10 18 36 54 |
0.15 1.20 1.40 2.15 3.52 |
0.95 24.45 83.95 116.55 161.16 |
4.25 27.25 87.45 120.25 166.05 |
p區(qū)元素的單質(zhì),除金屬外,還有非金屬,以及性質(zhì)介于金屬和非金屬之間的單質(zhì)。因此單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)變化較大,反映在單質(zhì)的熔點、沸點、硬度、密度和導電性等性質(zhì)的差異很明顯。
p區(qū)右上方元素的單質(zhì)都是非金屬,如氮、氧、鹵素和稀有氣體等,固態(tài)時是由弱小的分子間力結(jié)合而成的分子晶體,所以熔點和沸點都很低。人們常利用液態(tài)氧、氮、氮或氖作為低溫介質(zhì)。p區(qū)上部元素的單質(zhì),如如金剛石、晶體硅、晶體硼,具有原子晶體或近于原子晶體的結(jié)構(gòu)。整個晶體由共價鍵聯(lián)系著,晶格較牢固,所以熔點和沸點高,硬度大。其中金剛石的沸點(大于3823K)和和硬度是所有單質(zhì)中最高的,可以作切割、鉆探等的硬質(zhì)材料和耐磨材料。P區(qū)左下方元素的單質(zhì)是金屬晶體,由于處在金屬晶體向分子晶體過渡的區(qū)域,所以熔點較低。錫、鉛、鉍等的合金熔點更低,是常用的低熔點合金材料。就導電性而言,p區(qū)左下方元素的單質(zhì)具有良好的導電性,其中導電性最好的是鋁。從左上方方至右下方對角線附近的一些元素的單質(zhì),如硼、硅、鍺、砷、銻、錫、碲等,具有半導體的性質(zhì),其中半導體性能最好的是硅和鍺。
p區(qū)的一些元素,如如碳、錫、磷、砷、銻、硫、硒等,它們的單質(zhì)存在兩種或兩種以上的晶體結(jié)構(gòu),由于晶體類型不同,其物質(zhì)性質(zhì)有很大差別。例如金剛石和石墨,前者在所有單質(zhì)中是最硬的,后者則較軟,可用作潤滑劑。至于導電性,前者是電的絕緣體,而后者則是電的良導體。