元素的化合方式与成键规律
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发布时间：2022-05-10 16:07
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时间：2023-10-15 04:42
(一)化学键与化合物键型的过渡性
相互化合的原子间力的性质称为化学键。主要化学键类型有:离子键、共价键、金属键和分子键。自然界常存在多键型化合物,化学键也可以有过渡类型。元素阴阳离子间的亲和性选择,受控于体系的能量有利原则,其根本机制是形成各自最稳定的化学键结合,因此元素基本的地球化学分类也可以看成是键型的划分。
鲍林 (1960)提出,根据相互化合的两原子的电负性之差可粗略估计其成键的共价性比例,体现了化合物键型的过渡性。由于化学键性质主要决定于电子云的偏离和重叠程度,因此电负性差值也能标示化合原子间作用力的性质。他拟定的计算公式为式 (2-4)和模拟经验曲线如图2-6。戴安邦 (1978)提出了判断化学键类型的新准则 (表2-4)。
地球化学
式中:Pi为化学键中离子键成分的百分数;A、B分别代表阴、阳离子。
表2-4 相互结合原子间的电负性差值和对应离子键成分的百分数
图2-6 作为电负性差的函数,一个化学键的离子键性百分数
(据Petrucci et al.,2004)
表2-4 的判定表明,据电负性差值可以对元素间结合的键性做半定量的估计,并可预测元素的存在状态及活动性。一些常见矿物的电负性差值与离子键成分的百分数判断,见表2-5。
表2-5 常见矿物的电负性差值与离子键成分的百分数
以上判定只适用于离子-共价键过渡性化合物,对具金属键成分的化合物不适用。
(二)化学元素的成键规律
根据相化合元素的电负性大小及其在周期表中的位置也可以粗略判定它们形成化合物的键性。
1.强电负性元素
这组元素位于周期表右上角区域,χ>2.1 ,为强电负性元素,主要以阴离子形式出现。当相化合的两种元素χ>2.1 ,且电负性差Δχ<1.0 时,这一组内元素相互反应或同原子间反应,形成共价键型化合物,如 H2O、CO2、N2、O2等,形成内部电荷得到平衡的分子,常温下具挥发性,高温下能与金属元素结合形成挥发性化合物,为矿质搬运剂。
强电负性元素与 1.7<χ<2.1 的元素结合,当Δχ=1.0～1.7 时,形成以共价键为主的酸性化合物,如:易溶于水的酸根,
、
、
等;当Δχ值比较大(如Fe2O3、SiO2、TiO2等)或阴离子的电负性较低 (如 MoS2、PbS 等)时,则形成难溶的共价键化合物,此时必须有高浓度及高电负性的络合剂,如:Cl-、F-、S2-等出现,才能形成复杂络离子迁移。
强电负性离子,如 O2-与χ<1.4 的电正性元素结合形成以离子键为主或具过渡型的化学键。强离子键型化合物 (Δχ>2)大多易溶于水;而混有不同比例的共价键时Δχ=1.5～2,则多属难溶型化合物,需要有高浓度强电解质络合剂才能使之迁移。
2.弱电负性元素
这组元素在周期表中有两个分区:周期表右部的 (p区)和左部的 (ds区)。χ=1.8～2.2,属弱电负性元素,易形成金属键或金属键—共价键化合物,难溶。
该组元素在互相化合时Δχ<1,形成金属键化合物;该组元素与电负性稍低 (χ=1.4～1.8)的元素化合时形成金属键-共价键过渡性的化合物或金属互化物,如砷钴矿—砷镍矿(CoAs2—NiAs2)、锑银矿 (Ag3Sb)、碲金矿 (AuTe2)等,都属难熔化合物。
3.电正性元素
χ<1.4 者属电正性元素,它们相互之间化合形成金属键化合物,但在自然界不能独立存在。
电正性元素只能与阴离子或络阴离子结合生成盐类化合物。其中碱金属化合物的离子键性最强,其硅酸盐类熔点较低,碱金属的各种盐类也多为易溶性盐。因此,电正性元素中碱族在地质作用中的迁移能力最强。
从元素的成键规律可粗略归纳元素在地壳中的存在状态和迁移活动性如下:①气相由强电负性元素及其金属化合物组成,分子内部形成共价键,外部为分子键;②易溶组分主要是离子键矿物和络合盐类;③易熔组分主要是富碱富硅的硅酸盐类;④难熔组分是以非极性键 (共价键、金属键)为主的硅酸盐、复杂氧化物和自然金属。
