化学自习室移动版

化学课上，老师总会念叨几句常识：金属元素都显正价，氧元素是－2价，稀有气体最外层电子满了，不跟别人反应……这些约定俗成的规则是我们判断化合价的常识。

但化学的特殊之处就在于：它总是有例外。有一些化合物打破了这些规则，表现出了违背常识的化合价。

一、金属也能当阴离子？

提到金属，我们脑子里立刻会冒出“还原剂、失电子、显正价”之类的关键字。

碱金属都是＋1价，铁是＋2或＋3价，就算是金这种金属活动性排在最后的，也能表现出＋1或＋3价。

因此，我们在初中就知道：任何化合物都一定含有非金属元素。

但有一种化合物偏要违背这条规律：在CsAu(金化铯)里，属于金属的金(Au)居然显－1价，这就导致CsAu中不含任何非金属元素。

众所周知，铯是最强的碱金属，室温自燃，遇水就炸，最外层只有1个电子，很容易丢掉电子，变成＋1价阳离子；金虽然也是金属，但几乎不与任何人反应，还原性极差。

于是，当这两种金属遇到一起时，离谱的事情发生了：铯的电子被金抢走了。

为什么会这样？关键在于电负性，即原子对电子的吸引力。电负性越小，越容易失去电子。

铯的电负性只有0.79，而金的电负性是2.54，比铯强太多，所以在CsAu里，铯丢了电子成了Cs⁺，金得了电子成了Au⁻，整个化合物的结构和NaCl之类的盐很像：阳离子和阴离子整齐排列，只是这里的阴阳离子都是金属。

既然Cs和Au都是金属，那么CsAu这个“金属化金属”总该有金属的性质吧？

恰恰相反，CsAu的性质更像离子化合物，熔融状态下能导电(因为有自由移动的Cs⁺和Au⁻)。如果把它放进水里，会发生剧烈反应：Au⁻是极强的还原剂，会立刻和水反应生成氢气，还会放出大量热，就像碱金属直接丢进水里一样。

这种金属元素显负价的情况虽然罕见，但并非个例。比如Na₂Pt这种化合物里，铂(Pt)会显－2价；在K₄Pb₉中，铅(Pb)甚至能形成复杂的负离子团。这些例子打破了“金属一定显正价”的常识——金属活动性极弱的遇到电负性极弱的，也可能使金属原子被迫成为阴离子。

二、稀有气体也能形成化合物？

上世纪初，科学家发现氦、氖、氩等稀有气体时，曾认为它们绝不参与反应。因为这些气体最外层电子排得整整齐齐(8个电子，氦是2个)，达到了稳定结构，既不会得电子，也不会失电子，于是当时科学界直接把它们叫作“惰性气体”。

但1962年，一个叫巴特利特的化学家推翻了这个结论。他偶然发现，一种叫PtF₆(六氟化铂)的化合物非常离谱——氧化性强到能把氧气的电子抢走，生成O₂PtF₆(六氟合铂酸氧)。在这个化合物里，氧气分子居然显＋1价(O₂⁺)。

氧气的第一电离能(失去电子需要的能量)是1175.7 kJ/mol，而氙(Xe)的第一电离能是1170 kJ/mol，比氧气还低一点。

那么，既然PtF₆能抢氧气的电子，是不是也能抢氙的？

他试着把PtF₆蒸气和氙气混在一起，结果真的生成了一种橙黄色固体，即XePtF₆(六氟合铂酸氙)。在这个化合物里，稀有气体氙居然显＋1价。

稀有气体的稳定只是相对的，遇到PtF₆这种氧化性强到离谱的东西，它们也会被迫丢掉电子。

后来科学家又陆续造出了XeF₂(二氟化氙，Xe为＋2价)、XeF₄(四氟化氙，Xe为＋4价)，甚至XeO₃(三氧化氙，Xe为＋6价)。氙不仅能反应，还能玩出多种正价。

为什么是氙？因为它是稀有气体中原子最大的(除了放射性的氡)，最外层电子离原子核远，容易被抢走。而氦、氖的原子小，电子被抓得紧，至今没有造出它们的化合物。

三、氧也能显正价？

氧元素大概是化学里最强大的元素之一——我们学过的化合物里，它几乎永远是－2价。CO₂里的氧是－2，H₂O里的氧是－2，只有在过氧化物(如H₂O₂)里才显－1价。但一个叫OF₂(二氟化氧)的化合物再次打破了规则：在这里，氧居然显＋2价。

氟是元素周期表中电负性最强的元素(电负性4.0)，对电子的吸引力比谁都强，因此被大家亲切地称作“氟老大”。而氧的电负性是3.44，虽然也很强，但终究比不过氟。

当氧和氟结合时，氟就会把氧的电子往自己这边拉。在OF₂里，每个氟原子抢走1个电子，显－1价，两个氟就是－2价。为了让整个分子不带电，氧只能显＋2价。平常总是抢别人电子的氧，在这里却被氟抢了电子。

除了OF₂，还有O₂f²(二氟化二氧)，这里的氧显＋1价。

不过这些正价氧元素化合物都有个共同点：只和氟化合。因为只有氟的电负性比氧强，能让氧显出正价，而其他元素都比不过氧(即使是同为卤素的氯元素)，所以氧在绝大多数化合物里还是－2价。

结语

化学中没有绝对的规则，只有条件和相互作用。

金属可以显负价，只要遇到更易失电子的金属；

稀有气体可以形成化合物，只要遇到足够强的氧化剂；

氧可以显正价，只要遇到氟老大；

……

由此看来，那些打破以往规律的发现，正是科学发展与人类进步的动力。