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【做題】反常酸堿現(xiàn)象的理論解釋

2023-03-24 23:34 作者:Ymprover  | 我要投稿

前段時(shí)間做學(xué)校作業(yè)遇到一個(gè)工藝流程,如下。

里面最大的疑點(diǎn)在于,向%5Crm%20AlO_2%5E%7B-%7D%5Crm%20GaO_2%5E%7B-%7D的混合溶液通入二氧化碳后,只生成了%5Crm%20Al(OH)_3卻沒(méi)有生成%5Crm%20Ga(OH)_3,由此得出酸性%5Crm%20Ga(OH)_3%20%3E%20Al(OH)_3,不符合元素周期律。

考慮金屬氫氧化物%5Crm%20MOH的酸堿性,引入離子勢(shì)?%5CPhi%20%3DZ%2Fr,顯然?%5CPhi?越大,%5Crm%20M的吸電子效應(yīng)越強(qiáng),%5Crm%20O%E2%80%94H鍵極化程度越大(容易被削弱),越容易酸式解離;否則越容易堿式解離。

祖德教授的《無(wú)機(jī)化學(xué)》中指出:

①?%5Csqrt%7B%5CPhi%7D%3C2.2%20?時(shí)%5Crm%20MOH為堿性;2.2%3C%5Csqrt%7B%5CPhi%7D%3C3.2%20?時(shí)%5Crm%20MOH為兩性;%5Csqrt%7B%5CPhi%7D%3E3.2?時(shí)%5Crm%20MOH為酸性。

一般地,同主族元素的金屬氫氧化物,%5Csqrt%7B%5CPhi%7D主要取決于離子半徑的大?。ㄔ刂芷诼桑?。?

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:%5Crm%20Ga(OH)_3能溶于氨水,而%5Crm%20Al(OH)_3溶于氨水,則酸性%5Crm%20Ga(OH)_3%20%3E%20Al(OH)_3。

結(jié)構(gòu)化學(xué)解釋:

基于Slater方法,引入某一原子軌道的有效半徑r%5E*%3D%5Cfrac%7Bn%5E2%7D%7BZ%5E*%7D%20a_0

其中a_0為Bohr半徑,a_0%3D52.9~%5Crm%20pm

n等于該原子最外層原子軌道的量子數(shù),以此近似估算原子半徑,即r%E2%89%88r%5E*_%7B%5Crm%20max%7D

r%3D%20%5Cfrac%7Bn%5E2%7D%7BZ%5E*%7D%20a_0,考慮?%5CPhi%20%3D%5Cfrac%7BZ%7D%7Br%7D%20%3E%5Cfrac%7BZ%5E*%7D%7Br%7D%20%5Cpropto%20%5Cbigg(%5Cfrac%7BZ%5E*%7D%7Bn%7D%5Cbigg%20)%5E2即可。

① 因?yàn)镚a在3d亞層上有了電子,且其對(duì)外層電子的屏蔽效應(yīng)更大,則外層電子所受到的Z%5E*增加的影響更??;

②?Ga在第四周期,Al在第三周期。

Ga和Al相比,半徑?jīng)]有相應(yīng)地增大,而量子數(shù)變大了,則%5CPhi_%7B%5Crm%20Ga%5E%7B3%2B%7D%7D%3E%5CPhi_%7B%5Crm%20Al%5E%7B3%2B%7D%7D,即酸性%5Crm%20Ga(OH)_3%20%3E%20Al(OH)_3。

順帶解釋一下堿性%5Crm%20Ga(OH)_3%20%3E%20Al(OH)_3。在承認(rèn)%5Crm%20MO%E2%80%94H會(huì)發(fā)生部分斷裂的前提下(2.2%3C%5Csqrt%7B%5CPhi%7D%3C3.2%20),因堿式解離而出現(xiàn)的%5Crm%20M%5E%2BOH%5E-斷裂現(xiàn)象也存在。由元素周期律,堿性%5Crm%20Ga(OH)_3%20%3E%20Al(OH)_3

(我認(rèn)為此處與前文并不矛盾,可考慮化學(xué)平衡)

本文展現(xiàn)了Up的思考,諸多紕漏,歡迎佬們批評(píng)指正。

(2023年3月24日)

【做題】反常酸堿現(xiàn)象的理論解釋的評(píng)論 (共 條)

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