元素化合价与物质结构的关系
时间:2010-03-17 20:31 来源:未知 作者:张世敏 点击:次 所属专题： 化合价
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在对乙炔进行讲解时，出现的“金属碳化物与水反应所得产物的判断”问题，使学生提出了一些疑问。这些金属碳化物原来的结构是什么？为什么CaC2和水生成乙炔，Al4C3和水反应生成甲烷？
针对这些问题，首先应该让学生了解，得到怎样的生成物和原来的金属碳化物的结构有关，若金属碳化物中的碳原子之间存在C=C，则生成物为烯烃，碳原子之间存在C≡C，则生成物为炔烃，若碳原子之间不存在化学键，则只能生成甲烷．然而怎样知道物质中碳原子之间是否存在非极性化学键呢，这就有必要了解化合价与物质结构的关系．
元素之间依靠化合键形成化合物，因此化合物中元素的化合价能反映化学键的形成情况．关于化合价，有两种定义：一为离子化合物中元素的化合价，一为共价化合物种元素的化合价。在离子化合物中，元素在形成化合物时得失电子的数目，即为这些元素的化合价的数值，失去电子的为正价，得到电子的为负价。在共价化合物中，元素在形成化合物时形成共用电子对的数目为元素的化合价的数值，电子对偏向某原子，此原子显负价，偏离某原子此原子显正价。
由此我们可以推导到金属元素化合价和非金属元素的化合价。金属元素之间不能形成化学键，因此物质结构中，金属元素对结构的影响比较简单，在此不加以讨论。而非金属元素之间能够形成共价键，在一种化合物中含有多种非金属元素或一个分子中含有多个非金属的原子时，这些原子之间是否存在共价键，又有几个共价键是学生必须搞清楚的内容。
若一个分子里存在某非金属原子的数目有多个时，此元素的化合价与它的常规化合价相符时，这些原子之间不存在非极性化学键。因为非极性化学键中，共用电子对既不偏向也不偏离，所以此共用电子对既不让原子显正价也不让原子显负价，对化合价的贡献为零。因此一个分子里存在某非金属原子的数目有多个时，若此元素的化合价与它的常规化合价不相符时，这些原子之间存在非极性化学键。而且其化合价的绝对值与常规化合价的绝对值相差几个数值，则这些原子之间存在几个非极性共价键。
由以上分析可以知道，因为CaC2中碳的化合价为负一价，与碳的常规化合价四价相比，相差三个数值，因此在CaC2中两个碳原子之间存在三个非极性共价键，导致反应后生成的是乙炔。而Al4C3中碳的化合价为负四价，与碳的常规化合价四价相比，没有相差一个数值，因此在Al4C3中三个碳原子之间不存在非极性共价键，导致反应后生成的是甲烷。
利用上述原理和理论还可以解释，过氧化钠中两个氧原子之间为什么存在一个共价键，为什么与水反应生成过氧化氢。同样可以知道为什么C2H4中存在一个C=C键，C2H6中存在一个C-C键。
(责任编辑：化学自习室)
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