Các nguyên tố khối p và phi kim

Khối p bao gồm các nhóm từ 13 đến 18 và chứa hầu hết các phi kim và á kim, thể hiện sự đa dạng phong phú nhất về trạng thái oxy hóa, thù hình và liên kết trong bảng tuần hoàn.

Definition

Các nguyên tố khối p là những nguyên tố thuộc nhóm 13 đến 18, trong đó các electron có năng lượng cao nhất điền vào một phân lớp p; chúng bao gồm kim loại, á kim và phi kim và thể hiện các trạng thái oxy hóa biến đổi, khả năng tạo mạch rộng rãi và cấu trúc phân tử đa dạng.

Scope

Chủ đề này bao gồm hóa học mô tả của các nhóm 13 đến 18 (trừ các khí hiếm được xử lý riêng): sự chuyển tiếp á kim–phi kim, nhiều trạng thái oxy hóa và hiệu ứng cặp trơ, sự tạo mạch và thù hình trong carbon, phosphor và lưu huỳnh, các hydride, oxide, oxoacid và halide của phi kim, và hóa học bất thường của các nguyên tố hàng đầu. Nó nhấn mạnh các xu hướng tuần hoàn và các hợp chất đặc trưng hơn là liên kết cụm, vốn được xử lý dưới boron và các cụm thiếu electron.

Core questions

• Tính chất chuyển từ kim loại sang phi kim thay đổi như thế nào khi đi ngang và xuống khối p?
• Tại sao các nguyên tố khối p nặng có xu hướng ưu tiên trạng thái oxy hóa thấp hơn (hiệu ứng cặp trơ)?
• Sự tạo mạch và thù hình mang lại cho carbon, phosphor và lưu huỳnh các dạng đa dạng của chúng như thế nào?
• Điều gì chi phối độ mạnh của các oxoacid phi kim?

Key concepts

• Á kim và dải chéo
• Hiệu ứng cặp trơ
• Sự tạo mạch và thù hình
• Hydride và halide của phi kim
• Oxide và oxoacid
• Dị thường hàng đầu

Key theories

Xu hướng tuần hoàn và hiệu ứng cặp trơ

Trong khối p, độ âm điện tăng và tính kim loại giảm, trong khi đi xuống mỗi nhóm, sự miễn cưỡng ngày càng tăng trong việc sử dụng các electron s hóa trị làm ổn định các trạng thái oxy hóa thấp hơn hai đơn vị so với số nhóm.

Sự tạo mạch và thù hình

Các nguyên tố khối p nhẹ tạo thành liên kết nguyên tố–nguyên tố mạnh, mang lại cho carbon hóa học tạo mạch rộng lớn và tạo ra các thù hình của carbon, phosphor và lưu huỳnh với cấu trúc và khả năng phản ứng khác biệt.

Oxoacid và các oxide phi kim

Các phi kim tạo thành một loạt các oxide và oxoacid có tính axit tương quan với trạng thái oxy hóa và độ âm điện của nguyên tử trung tâm, được hệ thống hóa bằng các quy tắc như của Pauling về độ mạnh của oxoacid.

Clinical relevance

Khối p cung cấp carbon, nitơ, oxy và phosphor cho sinh học, silic cho chất bán dẫn và thủy tinh, halogen cho chất khử trùng và dược phẩm, và nitơ cố định và phosphat cho phân bón.

History

Các nguyên tố khối p là trung tâm trong việc xây dựng và kiểm tra bảng tuần hoàn, với Mendeleev dự đoán các tính chất của các nguyên tố chưa được khám phá vào thời điểm đó như gali và germani. Công trình tia X của Moseley đã xác định số nguyên tử của chúng, và thang độ âm điện của Pauling đã hệ thống hóa các xu hướng trong liên kết và tính axit của chúng.

Key figures

• Dmitri Mendeleev
• Henry Moseley
• Linus Pauling

Seminal works

• greenwood1997
• weller2018
• housecroft2018

Frequently asked questions

Hiệu ứng cặp trơ là gì?

Ở các nguyên tố khối p nặng hơn, các electron s hóa trị ngày càng miễn cưỡng tham gia vào liên kết, do đó các trạng thái oxy hóa thấp hơn hai đơn vị so với mức tối đa của nhóm trở nên ổn định hơn, như trong trường hợp chì ưu tiên trạng thái +2 hơn trạng thái +4.

Tại sao hóa học của carbon lại phong phú hơn nhiều so với các nguyên tố nhóm 14 nặng hơn?

Carbon tạo thành các liên kết carbon–carbon và carbon–hydro đặc biệt mạnh và dễ dàng tạo nhiều liên kết, cho phép tạo mạch rộng rãi thành chuỗi và vòng; các nguyên tố nặng hơn tạo thành liên kết yếu hơn và tạo mạch ít hơn nhiều, hạn chế sự đa dạng cấu trúc của chúng.