氧族元素的氫化物
Template:Multiple image氧族元素的氫化物是Template:Le，为氧族元素原子：氧、硫、硒、碲和钋，和氢原子形成的化合物。水是最早發現的这类化合物， 有一个氧原子和二个氢原子，也是地球表面最常见的氧族元素氫化物。[1]
含有一個氧族元素的雙氫化合物
氧族元素最主要的氫化物（包括水在內）其化學式為H2X，X代表氧族元素。這些化合物是三原子化合物，其構型是角形分子構型，具有极性。水是地球生物中必需要的物質[2]，在地球表面有70.9%是水。其他的氧族雙氫化合物多半有劇毒性，有類似蛋或蔬菜腐壞的惡臭。硫化氫是在缺氧環境下分解的常見產物，有類似屁的氣味，硫化氫也是火山气体。雖然硫化氫有毒性，不過人體仍會產生少量的硫化氫，作為细胞信号传送用。
水可以溶解其他的氧族雙氫化合物（至少可以溶解到分子量小於等於碲化氫的化合物），形成酸性溶液，這種溶液的酸性比卤化氢要弱，不過有類似的趨勢，其酸性都隨氧族元素原子量增加而變大，在水中的形式也類似（將水變成水合氢离子H3O+，溶質變成XH−離子）。目前還不知道钋化氫和水是否會形成酸性溶液，或是類似金屬氫化物的物質（參見砹化氫）。
| 化合物 | 水溶液 | 化学式 | 幾何 | pKa | 模型 |
|---|---|---|---|---|---|
| 水 | 水 | H2O |  |
13.995 | 
|
| 硫化氫 | 氫硫酸 | H2S |  |
7.0 | 
|
| 硒化氫 | 氫硒酸 | H2Se |  |
3.89 | 
|
| 碲化氫 | 氫碲酸 | H2Te |  |
2.6 | 
|
| 钋化氢 | 氫钋酸 | H2Po | ? | 
| |
| 𫟷化氫 | 氫𫟷酸 | H2Lv | ? | 
|
以下是這些化合物的一些特性[3]：
| 性质 | H2O | H2S | H2Se | H2Te | H2Po |
|---|---|---|---|---|---|
| 熔點（°C） | 0.0 | −85.6 | −65.7 | −51 | −35.3 |
| 沸點（°C） | 100.0 | −60.3 | −41.3 | −4 | 36.1 |
| −285.9 | +20.1 | +73.0 | +99.6 | ? | |
| 氣態分子的鍵角（H–X–H） | 104.45° | 92.1° | 91° | 90° | 90.9°（預測）[4] |
| 解離常數（HX−, K1） | 1.8 × 10−16 | 1.3 × 10−7 | 1.3 × 10−4 | 2.3 × 10−3 | ? |
| 解離常數（X2−, K2） | 0 | 7.1 × 10−15 | 1 × 10−11 | 1.6 × 10−11 | ? |
含有二個氧族元素的雙氫化合物
這類的化合物化學式為H2X2，比較不穩定，容易分解為氧族元素以及氧族元素的雙氫化合物。例如：2 H2O2→2 H2O+O2。
這類化合物中最重要的是過氧化氫H2O2，淺藍色，幾近無色的液體，其揮發性比水低，但密度及粘度比水高。過氧化氫是重要的化合物，可以在不同酸鹼值下氧化或是還原其他物質，可以形成過氧金屬錯合物和過氧酸錯合物，也參與許多蛋白質的酸／鹼反應。低濃度的過氧化氫會用在家庭中，例如作為消毒劑或是頭髮漂白。不過Template:Le就有高度危險性。
| 化合物 | 化學式 | 鍵長 | 模型 |
|---|---|---|---|
| 过氧化氢 |  |
 | |
| 二硫化氫 |  |
 | |
| 二硒化氫[5] |  | ||
| 二碲化氫[6] |  |
以下是一些相關的性質：
| 性质 | H2O2 | H2S2 | H2Se2 | H2Te2 |
|---|---|---|---|---|
| 熔點（°C） | -0.43 | −89.6 | ? | ? |
| 沸點（°C） | 150.2 （分解） | 70.7 | ? | ? |
含有三个或以上的氧族元素的氢化物
所有直链型氧族元素氢化物都有一个通式 H2Xn。
比 H2O2 有更多氧原子的Template:Le都不稳定。[7] 过三氧化氢，含有三个氧原子， 在几个反应中是一个短暂的不稳定中间体。 之后的两个氢的氧化物：Template:Le和Template:Le也被合成了，有着高反应性。 过三氧化氢有一个假想异构体，其中两个氢原子连接在三氧链的中心氧上，而不是在每个末端连接一个氢原子。（结构：O–-(OH22+)-O–） [8]
从 H2S 和 H2S2之后，很多多硫化氢，通式H2Sn (n = 3–8) 已被发现并且是稳定的。[9] 它们具有无支链的硫链，反映了硫对串联的倾向。 从 H2S2开始， 所有的多硫化氢在常温下都是液体。 H2S2 是无色的，而其它多硫化氢是黄色的。随着 n 增加，它的颜色也越黄，密度、沸点和黏度也随着增加。 它们的物理性质如下表：[10]
| 化合物 | 20 °C 下的密度 (g•cm−3) | 蒸气压 (mmHg) | 沸点 (°C) |
|---|---|---|---|
| H2S | 1.363 (g•dm−3) | 1740 (kPa, 21 °C) | -60 |
| H2S2 | 1.334 | 87.7 | 70 |
| H2S3 | 1.491 | 1.4 | 170 |
| H2S4 | 1.582 | 0.035 | 240 |
| H2S5 | 1.644 | 0.0012 | 285 |
| H2S6 | 1.688 | ? | ? |
| H2S7 | 1.721 | ? | ? |
| H2S8 | 1.747 | ? | ? |
但是，它们很容易被氧化，并且都是热不稳定的，容易歧化成硫和硫化氢： [10]
- H2Sn → H2S + Template:Sfrac S8
碱可以催化这个反应。[10]
它们也会和亚硫酸盐和氰化物 反应，形成硫代硫酸盐和硫氰酸盐。[10]
三硫化氢的另一种假想，已用电脑模拟的异构体，其中两个氢原子连接在三硫链的中心硫上，而不是在每个末端都连接一个。（结构：S–-(SH22+)-S–）[8]硫代亚硫酸的两个氧原子被硫取代后，会形成四硫化氢的异构体 ((HS)2S+–S–)，已被电脑模拟。[11] 硫代硫酸的三个氧原子被硫取代会产生五硫化氢的异构体，已通过电脑模拟出来了。[12]
更高价的钋氢化物可能存在。[13]
参见
參考資料
- ↑ Template:Cite web
- ↑ Template:Cite web
- ↑ Greenwood and Earnshaw, pp. 766–7
- ↑ Template:Cite journal
- ↑ Template:Cite journal
- ↑ Template:Cite journal
- ↑ Greenwood and Earnshaw, pp. 633–8
- ↑ 8.0 8.1 Template:Cite journal
- ↑ R. Steudel "Inorganic Polysulfanes H2S2 with n > 1" in Elemental Sulfur and Sulfur-Rich Compounds II (Topics in Current Chemistry) 2003, Volume 231, pp 99-125. Template:DOI
- ↑ 10.0 10.1 10.2 10.3 Greenwood and Earnshaw, p. 683
- ↑ Template:Cite journal
- ↑ Template:Cite journal
- ↑ Template:Cite arXiv