第十章氢、碱金属和碱土金属 Chapter 10 Hydrogen\ Alkali and Alkali-earth Metals §10-1氢及其化合物 Hydrogen and its Compounds 氢在周期表中既能排IA,又能排ⅦA,这是由于第一周期的稀有气体电子构型为ls2 、单质氢( Simple substance of Hydrogen) 1.氢的同位素( The isotopes)“ Isotope”这个词是英国科学家索迪(F.Sody)于1911 年开始使用的,到了1919年另一位英国科学家阿斯顿( F W.Aston)制成了质谱仪(mass spectroscopy),该仪器可以用来分离不同质量的粒子并且测定其质量。他用质谱仪先 后从71种元素中陆续找到了202种同位素。最引人关注的是最轻的元素氢有没有同位 素,前后用了十几年时间,没有得到肯定的结果。到了1931年底美国哥伦比亚大学的 尤里(Urey)教授和他的助手把五升液氢在三相点(14K)下缓慢蒸发,在最后剩下的二 毫升液氢中,发现了质量数为2的重氢,称为氘。后来英、美科学家又发现了质量数 为3的氚。氘的发现是科学界在本世纪三十年代初的一件大事。尤里因该成果,获得 1934年的Nobe化学奖。 Protium Deuterium Tritium 氕 氘 氚 (2)存在:丰度:H(99.985%)、D(0.015%)、T(10-15%) 原子个数比H:D=6800:1H:T=1010:1 ()preparation: Ttum是半衰期( half-life)为126年的B放射性衰变体 江一→2He+B-通常只有核反应才能获得T 例如:Li+n→→th+r 1D可由重水(D2O)获得,重水的制备可利用 HDO!△EH,Ommo H2s+D2O=冷D2S+H2O的原理来制备重水 厂每生产一吨重水,必须加工四万五千吨水,循环使用十五万吨HS。浓 或纯的D2O不能维持动植物生命,重水对一般动植物的致死浓度为60% 这种分离的原理是轻的同位素的化学键比重的同位素的化学键更容易断 例如:HD(g)+HOg) H2(g)+hdo(g) (4)氢同位素形成的单质H2、D2、T2,在化学性质上完全相同,但物理性质上有差别。 如H2bp.=20.4K,D2bp.=23K,因为氘原子的质量比氢原子大一倍,H2O与 D2O沸点(1014℃)上的差别反映了重水中的氢键比普通水中的氢键更强些 (1) physical properties153 第十章 氢、碱金属和碱土金属 Chapter 10 Hydrogen、Alkali and Alkali-earth Metals §10-1 氢及其化合物 Hydrogen and its Compounds 氢在周期表中既能排 IA，又能排ⅦA，这是由于第一周期的稀有气体电子构型为 1s2。 一、单质氢（Simple Substance of Hydrogen） 1．氢的同位素（The isotopes）“isotope”这个词是英国科学家索迪（F.Soddy）于 1911 年开始使用的，到了 1919 年另一位英国科学家阿斯顿（F.W.Aston）制成了质谱仪（mass spectroscopy），该仪器可以用来分离不同质量的粒子并且测定其质量。他用质谱仪先 后从 71 种元素中陆续找到了 202 种同位素。最引人关注的是最轻的元素氢有没有同位 素，前后用了十几年时间，没有得到肯定的结果。到了 1931 年底美国哥伦比亚大学的 尤里（Urey）教授和他的助手把五升液氢在三相点(14K)下缓慢蒸发，在最后剩下的二 毫升液氢中，发现了质量数为 2 的重氢，称为氘。后来英、美科学家又发现了质量数 为 3 的氚。氘的发现是科学界在本世纪三十年代初的一件大事。尤里因该成果，获得 1934 年的 Nobel 化学奖。 (1) p p+n p+2n Protium Deuterium Tritium 氕 氘 氚 (2) 存在：丰度：H（99.985%）、D（0.015%）、T（10−15%） 原子个数比 H : D = 6800 : 1 H : T = 1010 : 1 (3) preparation： Tritium 是半衰期（half-life）为 12.6 年的 β 放射性衰变体。 T He 3 2 3 1 − ⎯→ +  通常只有核反应才能获得 T 3 1 例如： Li n He T 3 1 4 2 1 0 6 3 + ⎯→ + N n C T 3 1 12 6 1 0 14 7 + ⎯→ + D 2 1 可由重水（D2O）获得，重水的制备可利用： H2S + D2O 热 冷 D2S + H2O 的原理来制备重水 工厂每生产一吨重水，必须加工四万五千吨水，循环使用十五万吨 H2S。浓 或纯的 D2O 不能维持动植物生命，重水对一般动植物的致死浓度为 60%。 这种分离的原理是轻的同位素的化学键比重的同位素的化学键更容易断。 例如：HD(g) + H2O(g) H2(g) + HDO(g) (4) 氢同位素形成的单质 H2、D2、T2，在化学性质上完全相同，但物理性质上有差别。 如 H2 b.p. = 20.4K，D2 b.p. = 23.5K，因为氘原子的质量比氢原子大一倍，H2O 与 D2O 沸点（101.4℃）上的差别反映了重水中的氢键比普通水中的氢键更强些。 2．Properties： (1) physical properties： H2 HD H2O HDO 位 能 ΔEH2 /HD ΔEH 2O /HDO