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如何理解化学中的“两性”概念

出于从化学性质角度来对化学物质进行归类的需要,人们引入了两性物质的概念。从字面上看,“两性”就是某物质同时具有两种相对立性质的意思,与“双性”有类似的含义。

但在化学上这种相互对立的性质有很多,如酸性与碱性、氧化性与还原性、金属性与非金属性。加之,人们有时还可能要关注到一些物性,如亲水性及疏水性等。象上述这些种类不同的矛盾集合体,都可称之为“表现为类两性”。如碳酸氢钠能与酸反应、还能与碱反应,是“类两性”; 十二烷基苯磺酸钠一端有亲水性、一段有疏水性,也是“类两性”。   为此,在化学中必须要明确,“两性”到底突出的是上述矛盾中的哪一对矛盾,也就是“两性”的内涵究竟是什么?

一、对“两性”的两种理解

由于在初中化学教材中就有两性氧化物、两性氢氧化物的表述。不难领悟出,“两性”指的就是物质的酸性与碱性。即,该物质同时具有能与碱反应,又能与酸反应的能力。这是化学教育界对“两性”的一种理解。

在多数《分析化学》教材中的“两性物质溶液”部分,更是列举了多元酸的酸式盐(如碳酸氢钠)、弱酸弱碱盐(如氯化铵)、氨基酸等(如氨基乙酸,H2NCH2COOH在溶液中以双极离子+H3NCH2COO的形式存在)这样众多的例子。它们的化学共性也是,既能与碱反应,又能与酸反应。

可见,“两性”指的是,“既能与碱反应,又能与酸反应”的这种性质。

但是,在某些教材中也可以看到对“两性”内涵的另一种理解。即,将“两性”界定为是同时具有一定的金属性及非金属性。

在一般的《无机化学》教材“金属的化学性质”一节中的“金属与水、酸的反应”后,紧接着的“金属与碱反应”部分,也有关于金属的“两性”的描述。如“金属除了少数显两性外,一般都不与碱起作用”。这实际是给出了“两性金属”的内涵。并示例性地给出,锌、铝、铍、镓、铟、锡等都是有两性的金属,它们都既能与酸反应,还能与强碱反应。这里的两性实际上指的是金属性与非金属性。

如,在某教材“单质的结构与聚集态”一节中,对“两性元素”的表述为:“P区元素可分为三类,从元素B到At划斜线,线的右上方是典型的非金属元素,线的左下方是金属元素,斜线上的元素是两性元素,称作准金属”。这里实际上指的也是金属性与非金属性。

二、化学元素的分类

依据其单质的物理性质,人们通常将元素分为两大类,即金属与非金属。金属的电离势低,有光泽,是电和热的良导体,有可塑性;而非金属的电离势很高,许多晶体不导电,不反射光,也不容易变形。这些特点都是由金属键的结构特点而决定的。 

这一分类在元素的中文名称中有极为明显的体现。除“汞”外,其余所有金属元素的中文名称都有一个“金”字旁。而非金属元素则以“气”、“石”、“三点水”为偏旁。在周期表中金属与非金属间也有一个清楚的分区,在长表中以如下的、从B的左边及下边起始的到At的右边结束的一条折线为界(图一)。其右上部的元素加上位置特殊的H,这样非金属元素一共有22种。折线左下的全部元素为金属元素。

如何理解化学中的“两性”概念

如果不满足于上述粗略地划分,还要仔细考察这些单质的性质,在这条折线的两旁确实还有一些性质介于金属与非金属之间的元素。它们有弱的导电性,无延展性。从能带理论的角度看,它们都是属于半导体,或是介于金属和半导体之间的材料。对这类元素可称之为准金属,或类金属。

一般认为B、Si、Ge、As、Sb、Te是类金属。在有些资料中还认为Po、At 、Se也属于类金属。

关于类金属的化学性质,在《维基百科》中也仅简单介绍了“比较像弱的非金属,可以和金属形成合金”、“类金属通常产生两性的氧化物”。

不过随手翻翻无机化学教材就可以知道,即使是比较活泼的无定形和粉末状硼,它也不与盐酸作用(仅被浓硫酸、浓硝酸或王水氧化),与熔融的强碱有反应 2b + 6NaOH(熔融) = 2Na3BO3 + 3H2

单质硅也是这样。

也就是说,作为准金属的单质,它一般都表现不出“既能与酸反应,又能与碱反应”这样的性质,而是表现类似金属性和非金属性这样的“两性”。

而在金属中确实还有一些“既能与酸反应,又能与碱反应”的单质,是公认的两性金属(在图一中其符号用红色来表示)。不难看出,两性金属与准金属间并没有什么必然的关系。

将“两性元素,称作准金属”是一种很不严谨的表述。

在化学中,“两性”一般有两种理解,一种是指某化学物质具有“既能与酸反应,又能与碱反应”这样的性质。另一种是指物质既具有某些金属的性质,同时又具有某些非金属的性质。除此之外,还有很多类似于两性的性质,我们也要正确区分和理解。

(责任编辑:化学自习室)
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