同位素和同素異形體辨析

張淑琴

同位素和同素異形是物質分類中的兩個不同概念，由于都有“同”和“素”字，所以常常造成混淆，以至于有的學生提出H2和D2是不是同素異形體的問題.下面圍繞這兩個概念進行深入探討.

一、 同位素

1.元素、核素、同位素概念的相互關系

元素是具有相同核電荷數（質子數）的同一類原子的總稱.

質子數決定了元素的種類，質子數相同時中子數可以不同.我們把具有一定數目質子和一定數目中子的原子叫做核素.這樣，同一元素可能存在幾種核素，這幾種核素之間互稱同位素，意思是在元素周期表中占有同一位置.同位素是同一元素的核素之間的稱謂，但習慣上我們常把某核素說成是該元素的同位素，例如126C是碳的一種同位素.

2.同位素的分類

同位素可以分為兩類，一類是自然界存在的，叫做天然同位素；另一類是在人工核反應中產生的人造同位素.一般來講天然同位素都比較穩定，而人造同位素大都是有放射性.已知Na、Al、Ne、F等20種元素都只有一種天然同位素，它們的人造同位素都已被制得.各元素的同位素數目不等，例如：H、C、O各有3種，Sn的天然同位素最多，共有10種.從另一角度來分，我們又可以把只存在一種天然同位素的元素稱單一核素元素，有多種天然同位素的元素稱多核素元素.

3.怎樣理解同位素的化學性質基本相同

元素的性質包括物理性質和化學性質，同位素之間中子數不同，相對原子質量不同，由同位素組成的單質或化合物的相對分子質量也不同，導致D2密度是H2的2倍.，重水密度也明顯高于普通水，所以同位素構成的物質物理性質還是有明顯差異的.下表列出重水和普通水的性質差異：

1H2O1D2O相對原子質量11812025℃密度/gcm-310.94711.0108熔點℃10.0013.79沸點℃1100.001101.41蒸發熱/kJ·mol-1 140.67141.625℃ Kw11.01×10-1411.35×10-15元素的化學性質決定于核外電子排布，其中主要是價電子數.同位素的質子數相同，核電荷數相同，原子的電子層結構完全相同，所以化學性質基本相同，但中子數不同對元素的化學性質也會造成微弱的影響，從表中可以看到H2O和D2O的離子積不同，D2O是比H2O更弱的電解質，金屬Na與D2O的反應比與H2O反應慢得多，若以重水代替水做溶劑，則化學反應速率下降10%～20%，重水的電解速率是普通水的1/5，利用這一差異可以從水中富集重水.

二、同素異形體

同一元素形成性質不同的單質叫這種元素的同素異形體，近20多年人們對同素異形體的研究進展迅速，制得了意想不到的的同素異形體.例如C60、N5、碳納米管、單層石墨片等.這些同素異形體往往具有優良的理化性質，有的已經成為材料科學新成員，在科研和生產中有著廣泛的應用前景.

1. 哪些元素可形成同素異形體

化學元素大致可分為非金屬和金屬元素兩大類，非金屬中的稀有氣體元素具有穩定的電子層結構，其單質由單原子直接構成，不可能形成同素異形體.氫和鹵素只差1個電子就達到穩定結構，通過共用電子對形成1個共價單鍵，即可達到飽和，所以氫和鹵素都是雙原子分子，也不可能以其他形式構成分子，至今也尚未發現其同素異形體.判斷，MnO-4溶液是紫紅色的，Fe2+溶液是淺綠色的，Fe3+溶液是棕黃色的；另外還有沉淀物顏色之分，CaCO3是白色，Cu（OH）2是藍色，Fe（OH）3是紅褐色的.除此之外，還可以根據物質反應條件找出突破口、進行判斷，例如點燃的話，一定要有氧氣的參加；以元素之最找出解題突破口……老師在進行指導時，不妨將這些典型的現象特征歸納起來，讓學生能夠整體把握，進行區分.

（三）注重鍛煉學生考試心理素質

在平時和同學的交流中，多多注意幫助學生緩解考生緊張情緒，告訴他們，考試過程中，人的心理歷程就是一個大腦漸漸興奮的過程，考試應注重全局，如果碰到很難的題目，完全沒有頭緒，不妨先放下，由易到難，保證簡單的題目不出現失誤，等到思維被完全激活后，再著手解決比較難的題目.

做化學實驗題時，不妨把自己想象成出題人，從而得出題目想要考查的東西.現在高考試題中有很多實驗細節，平時注重回歸課本，對于基本常識性的問題達到熟練程度；化學答題最好是有一個程序，在個人的頭腦中形成一個虛擬而成的實驗室，逐步對應地去做；化學的語言表達，盡可能避免那些或者主次錯位、或者遺漏要點的錯誤，老師在課堂中要多給學生表達的機會，訓練學生從問題切入點回答問題，另外還可以借助往年考過的經典高考化學經典實驗題強化學生書面表達，在不斷的評議以及探究過程中，形成規范，建立起科學的全面的準確的語言表達模式.

總之，教師在進行高考化學實驗題解題指導中，一定要注重依托教材，把握教材中的基礎知識，針對同學常犯的錯誤，進行強調，同時補充拓展相關的知識，通過創新生成考點.一方面培養學生良好的應試素質，以及解題習慣，另一方面還要多對知識進行總的歸納，傳授一般的解題方法，幫助學生取得好成績.