分子的平均動能與溫度的關係（物質的穩定性活潑性）

2023-11-05 05:08:14

化學必修2第二專題第二單元化學反應中的能量變化 一節內容的授課中，關於物質的能量以及物質的穩定性和物質內部鍵能之間的關係在教材中沒有明確地闡述。按照課本內容去講述，學生的理解會出現問題，他們認為鍵能越大，物 質越活潑，這種物質的能量越高，這種想法的學生是非常多的，他們的錯誤之處是沒有處理好物質中原子間的鍵能與這 種物質的能量(內能)之間的邏輯關係。

關於這個問題可以用我們生活中的事例去幫助解決，我 們通常說，這個學生的能量是很大的，就是說這個學生比較活潑，從而處理好物質的能量與物質的活潑性之間的關係， 而物質內部原子間的鍵能則是把原子結合起來形成這種物 質的一種作用，這種作用越大，越不容易斷裂，這種物質越不容易與別的物質反應，這種物質的能量越低，這種物質的化學性質越穩定。

一般，我們常說:

(1)能量越低越穩定的真理。

(2)穩定性不是熔沸點而是是否容易分解的性質。

(3)鍵長越 短，鍵能越大，越穩定的道理。

那麼，滷族單質和氫氣反應，為什麼到了碘單質的時候 正反應是吸熱，HI也不穩定？吸熱反應，HI能量不是大嗎，鍵 能不是大嗎，但是他的共價鍵為什麼不穩定？

化學鍵的鍵能越高，總能量就越大，化學鍵的鍵能越低， 總能量就越小。化學鍵的鍵能決定於鍵的鍵長和成鍵原子的 半徑及所帶的電荷數。化學鍵的斷裂和形成是化學反應中能 量變化的主要原因一化學鍵的斷裂要吸收能量，化學鍵的 形成要放出能量。知道一個化學反應是吸收能量還是放出能 量，決定於反應物的總能量與生成物的總能量的相對高低。 一般化學鍵的鍵能為一百到幾百KJ/mol。氫鍵的鍵能約在 40KJ/mol以下。化學鍵的形成把原子按一定方式牢固地結合成分子，所以它是使分子或晶體能穩定存在的根本原因。

鍵能大，鍵長短，能量小，越穩定對嗎？通常是正確的，但 並非普遍正確，需要具體問題具體分析。

鍵長和鍵能之間的關係，一般理解為鍵長短是因，鍵能大是果。化學中能量一詞是個很含糊的概念，這裡的能量是 指分子中原子間的相互作用勢能(即通過化學鍵進行相互作 用的勢能，本質上是一種電勢能)，這種勢能是一個負值(兩 個原子相距無窮遠時為零)，而所謂的化學鍵能則是兩個孤 立原子(即相距無窮遠的原子)形成化學鍵所釋放的能量，一 般鍵能總是正值，數值上等於相互作用勢能的負值。因此，鍵 能越大，相互作用勢能越小，即所謂的能量越低。

能量越低越穩定，這是所謂的能量最低原理，通常是正 確的(但如果你學了《物理化學》就會知道這並不總是成立)。 更重要的是，我們比較鍵能時比較的是總鍵能，因此比較穩 定性也要比較總的穩定性。

下面具體談滷素鍵能與穩定性和活潑性：

化學上常涉及「活潑性」和「穩定性」這兩個非常重要的 概念，例如：「金屬(或非金屬)的活潑性」；「氣態氫化物的穩 定性」、「酸的穩定性」等等。在必修課的學習中我們沒有進行 仔細區分，但是選修3關於共價鍵參數中給了一系列鍵能數 據，特別是滷素單質的鍵能數據，不追究還真就糊塗了。

通常而言，很活潑的物質穩定性就差，很穩定的物質活 潑性就差。但是「活潑性」和「穩定性」兩者所研究的對象往往 是有所區別的。「活潑性」通常是指物質的得或失電子的過 程，例如:「鹼金屬是活潑的金屬」，「滷素是活潑的非金屬」。 而穩定性又分為兩種情況：一是化學穩定性，；二是熱穩定 性。化學穩定性通常是指物質因水解、氧化(或還原)而是否 變質的化學過程。熱穩定性是指物質在常溫下或受熱時是否 分解的化學過程。以下就是一些物質熱穩定性的判斷規律：

具體來說:單質穩定是指分子內原子間的鍵能大，化學 鍵不易斷裂；活潑性是指分子發生化學反應的容易與否。不過單質的穩定性很少單獨使用，而單質參與反應的過程實際分兩個步驟，

一是吸收鍵斷裂所需的能量，將分子分解為原 子(體現鍵能——穩定性)，

二是將不同原子重新結合形成新 物質(體現非金屬性)。

由於一般反應中供應的能量都很大， 很少存在能量不夠一個分子反應的情況，當所供應的能量都足夠的時候，毫無疑問由非金屬性強弱決定反應的容易與否。

例如:對於滷素來說，雖然其鍵能遞減(除F2，因為F半徑 很小，斥力很大則使得鍵能反常減小)，分子越來越不穩定， 斷裂成原子越來越容易。但是由於滷素原子吸引電子的能力 減弱，反應就越難，最終表現為化學性質越不活潑，與非金屬 性減弱相一致，而與穩定性無關。因此，氟氣溴碘單質反應劇 烈程度下降。相反，對於N2，由於三鍵的存在，鍵能很大，一般 不能滿足斷鍵的條件，即使氮電負性較大也不發生反應，所 以N2的穩定性決定了不活潑性。

氣態氫化物的熱穩定性:

元素的非金屬性越強，鍵能越 大，形成的氣態氫化物就越穩定(最有規律也最常用)。同主 族的非金屬元素，從上到下，隨核電荷數的增加，非金屬性逐 漸減弱，氣態氫化物的穩定性逐漸減弱；同周期的非金屬元 素，從左到右，隨核電荷數的增加，非金屬性逐漸增強，氣態 氫化物的穩定性逐漸增強。

氫氧化物的熱穩定性：

金屬性越強，鹼的熱穩定性越強 (鹼性越強，熱穩定性越強)。

含氧酸的熱穩定性：

絕大多數含氧酸的熱穩定性差，受 熱脫水生成對應的酸酐。一般地:

(1)常溫下酸酐是穩定的氣 態氧化物，則對應的含氧酸往往極不穩定，常溫下可發生分 解。

(2)常溫下酸酐是穩定的固態氧化物，則對應的含氧酸較 穩定，加熱時才分解。

(3)某些含氧酸分解是發生氧化還原反 應，得不到對應的酸酐。例如硝酸、次氯酸。

含氧酸鹽的熱穩定性:

(1)酸不穩定，對應的鹽也不穩 定；酸較穩定，對應的鹽也較穩定。例如硫酸鹽和磷酸鹽比較 穩定。

(2)同一種酸的鹽，熱穩定性順序是正鹽＞酸式鹽＞酸。

(3)同一酸根的鹽的熱穩定性順序是鹼金屬鹽 ＞ 過渡金屬鹽＞ 銨鹽。

(4)同一成酸元素，髙價含氧酸比低價含氧酸穩定，相應含氧酸鹽的穩定性順序也是如此。