p區元素

p區元素包括元素周期表中IIIA族元素~0族元素。IIIA族元素又稱為硼族元素，包括硼B、鋁Al、鎵Ga、銦In、鉈Tl等元素IVA族元素又稱作碳族元素，包括碳C、矽Si、鍺Ge、錫Sn、鉛Pb等元素VA族元素又稱作氮族元素，包括氮N、磷P、砷As、銻Sb、鉍Bi等元素VIA族元素又稱為氧族元素，包括氧O、硫S、硒Se、碲Te、釙Po等元素VIIA族元素又稱鹵素，包括氟F、氯Cl、溴Br、碘I、砹At等元素；0族元素，又稱為稀有氣體或惰性氣體，包括氖Ne、氬Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn等元素（不包括氦，氦為s區元素）。

基本介紹

• 中文名：p區元素
• 外文名：elements of area p
• 學科：無機化學
• 包括：IIIA族元素~0族元素

p區元素概述

原子半徑

p區元素包括了除氫以外的所有非金屬元素和部分金屬元素。p區元素的原子半徑在同一族中，自上而下逐漸增大，獲得電子的能力、元素的非金屬性逐漸減弱，金屬性逐漸增強。這些變化規律在第ⅢA～ⅤA族中表現得很突出。除第ⅦA和0族外，p區元素都由明顯的非金屬過渡到金屬元素。第二周期中的元素與同族其它元素相比，化學性質有較大的差別。

電子構型

p區元素的價電子構型為ns²np^1-6，它們大多都有多種氧化態。ⅢA～ⅤA族元素自上而下，低氧化態化合物的穩定性逐漸增強，高氧化態化合物的穩定性則逐漸減弱。

例如，ⅣA族中的Si(Ⅳ)的化合物很穩定，Si(Ⅱ)的化合物則不穩定；Ge(Ⅳ)的化合物較Ge(Ⅱ)化合物稍穩定些；Pb(Ⅳ)的化合物很不穩定，而Pb(Ⅱ)的化合物則較穩定，Pb(Ⅳ)容易得到電子變為Pb(Ⅱ)，表現出強氧化性。這種同一族元素自上而下低氧化態化合物較高氧化態化合物越來越穩定的現象叫做惰性電子對效應。

一般認為，隨著原子序數的增加，外層ns軌道中的這對電子越來越不容易參與成鍵，顯示出一定的惰性。因此高氧化態化合物易獲得2個電子而形成ns²電子結構。

氫化物穩定性

p區元素在許多化合物中以共價鍵結合。除In和Tl以外，p區元素形成的氫化物都是共價型的。同一族中氫化物的穩定性自上而下逐漸減弱。

如穩定性：NH₃>PH₃>AsH₃>SbH₃>BiH₃。

第二周期元素的反常性

按照一般的規律，同一族中元素單鍵鍵能自上而下依次遞減，但第二周期元素則反常。例如，氮、氧、氟的單鍵鍵能分別小於第三周期元素磷、硫、氯的單鍵鍵能。

造成這一反常現象的原因是：N、O、F原子半徑小，兩原子成鍵時鍵長較短，原子中未參與成鍵的電子之間有明顯的排斥作用，從而削弱了共價單鍵的強度。

第四周期元素性質的異樣性

從第四周期起，在s區元素和p區元素之間插入了d區元素，使第四周期p區元素的有效核電荷顯著增大，對核外電子的吸引力增強，原子半徑比同周期s區元素顯著地減小。因此p區第四周期元素（Ga、Ge、As、Se、Br）的性質在同族中表現出異樣性。

例如，在ⅤA族中，不存在砷的氯化物AsCl_3、5，這與P和Sb能形成高氧化態的氯化物不同。在第ⅦA族元素的含氧酸中，溴酸、高溴酸的氧化性均較氯酸、高氯酸強。

第五、六周期元素同樣有d電子（第六周期元素還有f電子），這對元素性質同樣產生影響，四、五、六周期元素的性質仍然會有規律性的變化，但變化的幅度遠不如s區元素那樣大。

氟、氯、溴、碘及其化合物

周期表中的ⅦA族元素，包括氟（Fluorine）、氯（Chlorine）、溴（Bromine）、碘（Iodine）和砹（Astatine）等五種元素，通稱為鹵族元素（halogens group）。因它們都能直接和金屬化合生成鹽類，例如NaCl，故得名，希臘原文意為“成鹽元素”。砹是人工合成的放射性元素，不穩定，對它的性質研究尚少，但確知砹和碘性質相近。

鹵族元素的一些主要性質列於下表。從表中可見，鹵素的原子半徑等都隨原子序數增大而增大，而電離能、電負性等隨原子序數增大而減小。

鹵素的價層電子構型均為nsnp，容易獲得一個電子成為一價負離子。和同周期元素相比， 鹵素的非金屬性是最強的。非金屬性從氟到碘依次減弱。碘確稍有某些金屬性，可以生成碘鹽，如I(CH₃COO)₃、I(ClO₄)₃。

鹵素是非常活潑的非金屬，能和活潑金屬生成離子化合物，幾乎能和所有的非金屬及金屬反應，生成共價化合物。

鹵素在化合物中常見的氧化數為－1。除氟以外，鹵素與電負性比它強的元素（主要是氧）化合時，還可以形成正的氧化數，如+1、+3、+5和+7。其氧化數之間的差值之所以為2，是因為它們的原子中有些價電子已經成對，若要形成化學鍵，一定要先將成對電子拆開，這可使氧化數增加2。

氧、硫及其化合物

周期表中的ⅥA族元素，包括氧（Oxygen）、硫（Sulfur）、硒（Selenium）、碲（Tellurium）、釙（Polonium）五個元素，通稱為氧族元素。其中氧是地殼中含量最多的元素，豐度以質量計高達46.6%。硒、碲是稀有元素。釙是放射性元素。

氧族元素的一些主要性質列於下表。

從表中可以看出，氧族元素的性質變化趨勢與鹵素相似。氧和硫是典型的非金屬元素，硒和碲是準金屬元素，而釙是金屬元素。

氧族元素原子的價層電子構型為nsnp，有獲得2個電子達到稀有氣體穩定結構的趨勢。

氧族元素原子和其他元素化合時，如果電負性相差很大，則可以有電子的轉移。例如，氧可以和大多數金屬形成二元離子化合物，硫、硒、碲只能形成少數離子型的化合物。

氧族元素和高價態的金屬或非金屬化合時，所生成的化合物主要為共價化合物。

氧族元素與電負性比它們大的元素化合時，可呈現+2、+4、+6氧化數。

氧族元素都有同素異形體，例如，氧有普通氧和臭氧兩種單質；硫有斜方硫、單斜硫和彈性硫。

氧和硫的性質相似，都活潑。它們對應化合物的性質也有很多相似之處。

氮、磷、砷、銻、鉍及其化合物

周期表中的ⅤA族元素，包括氮（Nitrogen）、磷（Phosphorus）、砷（Arsenic）、銻（Antimony）、鉍（Bismuth）五種元素，通稱為氮族元素。氮以游離狀態存在於空氣中。砷、銻、鉍是親硫元素，它們在自然界中主要以硫化物礦的形式存在。

氮族元素的一些主要性質列於下表。

從表中可以看出，本族元素從氮到鉍隨著原子序數的增大，元素的非金屬性遞減，金屬性遞增。氮、磷是典型的非金屬元素，而砷和銻為準金屬元素，鉍為金屬元素。

氮族元素的價電子層結構為nsnp，與鹵素和氧族元素相比，形成正氧化數化合物的趨勢較明顯。它們和電負性較大的元素結合時，氧化數主要為+3和+5。在氮族元素中，按As－Sb－Bi的順序，隨著核電荷的增加ns價電子的穩定性增加，即依As－Sb－Bi的順序，元素表現為+3的特性逐漸增強，常稱此現象為“惰性電子對效應”。故Bi(Ⅴ)具有很強的氧化性。

氮族元素的原子與其他元素原子化合時，主要以共價鍵結合，而且氮族元素原子越小，形成共價鍵的趨勢越大。在氧化數為－3的二元化合物中，只有活潑金屬的氮化物和磷化物是離子型的。

碳、矽、錫、鉛及其化合物

周期表中的ⅣA族元素，包括碳（Carbon）、矽（Silicon）、鍺（Germanium）、錫（Tin）、鉛（Lead）五個元素，通稱碳族元素。

碳元素在地殼中約占0.03%，但它卻是地球上分布最廣、化合物最多的元素。碳存在二種同素異形體，金剛石、石墨，由於它們的晶體結構不同，所以性質上迥然不同。1985年，碳的球形多面體原子簇C₆₀以及C₂₈、C₃₂、C₅₀、C₇₆、C₈₄、C₉₂、C₉₄、……C₂₄₀、C₅₄₀等的相繼問世，使碳又多了一類同素異形體——富勒烯（Fullerenes）。

矽元素約占地殼的四分之一，矽在自然界主要以SiO₂和矽酸鹽的形式存在，構成了礦物界的主體。

鍺是稀有元素。單質鍺是主要的半導體材料。錫和鉛是常見元素。

碳族元素由上而下從典型的非金屬元素碳、矽過渡到典型的金屬元素錫和鉛。

碳族元素的價層電子構型為nsnp，能夠形成氧化數為+2、+4的化合物。碳、矽主要形成氧化數為+4的化合物；碳有時還能形成氧化數為－4的化合物。錫氧化數為+2的化合物具有強還原性。而由於“惰性電子對效應”， Pb氧化數為+4的化合物有強氧化性，易被還原為Pb，所以鉛的化合物以+2氧化數為主。

硼、鋁及其化合物

周期表中的ⅢA族元素，包括硼（Boron）、鋁（Aluminum）、鎵（Gallium）、銦（Indium）、鉈（Thallium）五個元素，通稱硼族元素。本節主要討論硼和鋁。

硼族元素原子的價層電子構型為nsnp。它們的最高氧化數為+3。硼、鋁一般只形成氧化數為+3的化合物。從鎵到鉈，由於“惰性電子對效應”，氧化數為+3的化合物的穩定性降低，而氧化數為+1的化合物的穩定性增加，故Tl（Ⅲ）具有強的氧化性。