化学自习室移动版

(1)颜色

为什么氟、氯、溴、碘随着原子序数的增加颜色越来越深?这与它的分子结构有一定的关系。通常的太阳光与氟、氯、溴、碘的分子作用后，不同单质的分子吸收带不同(即吸收谱线的区域不同)。白色太阳光被吸收了一部分以后，剩下未被吸收的部分，就是我们平常观察到的物质的颜色。吸收光波长的长短与分子内电子结合的松紧有关。例如，氟吸收波长短的光(即频率大的，也就是能量较大的光)，表示氟分子内电子结合的紧，分子内的电子不易激发。实际测出氟分子吸收带在紫外区，在可见光范围内只吸收掉紫色光的一部分，因此透过的光(即我们观察到的光)颜色很浅，只呈淡黄色。氯分子的吸收带在蓝色部分，即向较长的波长方面移动，因此吸收后透射过来的光颜色加深，呈现黄绿色。而溴分子的吸收带波长长，因此反映出来的颜色深，呈深棕红色。到了碘，吸收带移到可见光谱的中间部分，透射的光只是可见光谱两侧的补色，如红色和紫色，即碘蒸气的颜色。

(2)熔点、沸点与聚集状态

一般说来，气体分子能够聚集为液体和固体，是范德瓦耳斯力作用的结果。分子间范德瓦耳斯力越大，越不易汽化，所以沸点越高，汽化热越大。固体熔解为液体时也要部分地克服范德瓦耳斯力，所以分子间范德瓦耳斯力较大者，熔点也较高，熔解热较大。

从实验得知，卤族元素的熔点和沸点随着它们的原子序数的增加而升高。原因可以根据上述范德瓦耳斯力的不同来解释。从课本中给出的原子半径示意图可以看出，卤族元素随着原子序数的增加，原子核电荷数和原子半径都增大，核外电子数都增加，整个分子的电子数目也增加。电子云越容易在外力(主要是其他原子的核的相互作用所引起的)作用下变形，分子间的力──范德瓦耳斯力就越大。根据前面阐述的原理，熔点和沸点随之升高。

这一点也可从熔解热和汽化热的数据中看出来：

                     F₂         Cl₂          Br₂         I₂

熔解热／kJ·mol^-1     6.86      18.5       31.0       43.6

汽化热／kJ·mol^-1     —        25.3       41.9       58.8

因此，卤族元素的聚集状态就出现了在常温下从气态到固态的变化。如固体碘，I₂分子在晶格结点上，分子之间的范德瓦耳斯力较大，常温下仍处于固态，而溴原子半径较碘为小，分子间力在常温下已不足以保持晶体状态，但仍可以有足够的作用力维持在液态，如果温度降低到－7.3 ℃，溴晶体就会出现，并且晶型和碘相似。随着氯、氟原子半径的减小，常温下它们都是气体，但氯的沸点较氟高，在加压下(如0 ℃时，只需370 kPa)很容易变为液体，称为液氯。

3.碘的升华现象

碘是容易升华的，但在碘的升华实验中有时又看到有少量液态碘的存在，这是什么原因呢?由于碘的蒸气压相对来说比较大，在加热时，它就直接变为蒸气，即升华。

表4-1 碘在不同温度时的蒸气压

蒸气压／kPa	0.133	1.33	5.22	13.3	52.2	101
温度／℃	38.7	73.2	97.5	116.5	159.8	183.0

从表4-1可看出，碘的蒸气压是随着温度升高而急剧增加的。碘的熔点是112.7 ℃，碘的三相点是114.15 ℃，这时蒸气压为11.9 kPa(图4-4)。在三相点O，固态、液态、气态的碘共存。显然，三相点的蒸气压越高，固态物质的升华越容易。通常在敞口容器中加热碘的固体，由于碘的蒸气不断逸出，达不到11.9 kPa的气压，固态的碘不经熔化而直接升华。如要得到液态碘，就要创造蒸气压超过11.9 kPa的条件。把足量的碘放在细口蒸馏瓶中加热，就可以得到液态碘。我们在一般碘升华的实验中，如果加热比较快，碘的蒸气比较浓，又没有及时冷凝，温度、蒸气压在图中ONC的区域内，就会有液态碘出现。

4.氟与人体健康

在人体必需元素中，人体对氟含量最为敏感，从满足人体对氟的需要到由于氟过多而导致中毒的量之间相差不多，因此氟对人体的安全范围比其他微量元素窄得多。所以，要更加注意自然界、饮水及食物中氟含量对人体健康的影响，尤其是工业排放的氟对环境污染和人类带来的危害(见表4-2)。

表 4-2  含氟量与人体健康

含氟量(环境)	作用及毒性表现
1×10-4%(水) 2×10-4%(空气) 2×10-4%(水) 5×10-4%(水) 8×10-4%(水) 20×10-4%～80×10-4%(水，空气) 1×10-2%(饮水) 1.25×10-2% 2.5 g～5 g	预防龋齿 对植物有害 斑釉齿 可引起骨硬化症 10%的人出现骨硬化症 氟中毒 生长发育延迟 肾脏病变或异常 死亡

人体对氟的生理需要量为0.5 mg／d～1 mg／d，一般情况下，每日摄取的氟大部分来自饮用水。进入人体的氟并不能完全被吸收，不同状态的氟在人体内的吸收率也不一样，饮用水中的氟有90%(质量分数)被吸收。氟在人体中主要分布在骨骼、牙齿、指甲和毛发中，尤以牙釉质中含量最多，氟的摄入量多少也表现在牙齿上。当人体缺氟时，会患龋齿，氟多了又会患斑釉齿，如果再多还会患氟骨症等一系列病(见表4-2)。

龋齿就是俗称为虫牙的牙病，在儿童中常见。龋齿发生的原因并不是如通常所说是“糖吃多了，生了虫子，把牙蛀上了窟窿”，而是由于缺氟。在缺氟的情况下，牙齿的主要成分羟磷灰石〔Ca₅(OH)(PO₄)₃〕容易受酸类腐蚀；当体内有充足的氟时，就与羟磷灰石作用，取代其中的羟基生成氟磷灰石〔CaF₂·Ca₃(PO₄)₂〕，这是构成牙釉质的基本成分，氟磷灰石光滑坚硬，耐酸耐磨。另外氟还能抑制牙齿上残留食物的酸化，因此具有防龋作用。

斑釉齿表现为牙釉面有缺乏光泽的白垩状斑块或黄褐色、黑色斑点，有的牙齿形状还发生变化，如出现条状或点状凹陷。斑釉齿可能是由于氟过多妨碍了牙齿钙化酶活性，使牙齿钙化不能正常进行，色素在牙釉质表面沉着，使牙齿变色并发育不全。

市场上出售的氟化牙膏含有氟化钠或氟化锶等，有防龋作用，适用于缺氟地区，是否需要选用这种牙膏最好听取卫生部门或牙医的建议。

5.氢卤酸的酸性

在氢卤酸中，氢氯酸(盐酸)、氢溴酸、氢碘酸都是强酸，只有氢氟酸是弱酸。这是因为氟原子半径很小、电负性很大，在HF分子中，共用电子对偏向氟原子一方，HF分子具有很强的极性。在水溶液中，HF分子由于形成氢键而不同程度地缔合着，这种缔合作用降低了氢氟酸的电离度，所以它是一种弱酸。而其他三种氢卤酸，按HCl、HBr、HI的顺序，随着卤离子半径的增大，受水分子极化作用而电离的程度增大，酸性增强，因此氢碘酸是氢卤酸中最强的酸。

但是，氢氟酸的浓溶液则是一种强酸。这是因为一部分F^-通过氢键与HF形成缔合分子，如HF₂^-、H₂F₃^-、H₃F₄^- 等，特别是HF₂^-比较稳定：

F^-＋HF=HF₂^-    K＝5.1

由于HF₂^-的形成，消耗了溶液中的F^-，从而使HF的电离度增大。

6.碘化银与人工降雨

大家知道，有雨必先有云，但是有云不一定有雨。自然界过冷云降雨(或雪)是由于云中除小水滴外，还有足够的冰晶──饱和水汽或过冷却水滴在冰核(不溶于水的尘粒)作用下凝华或冻结而形成的冰相胚胎。过冷云中水滴的水分子会不断蒸发并凝华到冰晶上，冰晶不断长大以致下落为雪，如果云下气温高于0 ℃，它们就会融化成雨。如果自然界这种云雾中缺少足够的冰晶，因云中水滴十分细小，能够长期稳定地在空气中悬浮而降不下来，于是就只有云而无雨。这时候如果向这种云雾中播散碘化银微粒，则能产生很多冰晶，云中水滴上的水分经蒸发、凝华迅速转化到这些人工冰晶上，使冰晶很快长大产生降雪，如果地面气温较高，雪降落过程中边融化边碰撞合并为水滴，最终成为降雨。这就是人工降雨。