高中化學教材中金屬性與非金屬性的正確表述

鄭建鋒

摘 要： 作為高中化學教材中最重要的內容，元素的金屬性或非金屬性相關知識對學生而言有極大的難度。本文主要以元素周期表中的元素為研究對象，對其元素金屬性與非金屬性的客觀遞變規律進行了深入研究。在闡述了高中化學教材中對這一知識點表達的基礎上，針對其表達上的失誤或不足進行了改正和調整，從而使得與之相關的表達更具正確性。

關鍵詞： 高中化學教材 金屬性 非金屬性

在高中化學中，現代物質的結構理論不僅是整個學科的重要基礎理論，更是整個高中化學教材內容的重中之重。通過分析可以發現，目前高中化學教材中，對于物質的性質和結構等的安排不甚合理，其最突出的問題就是元素金屬性和非金屬性的表達。該問題也是現階段化學界人士廣泛關注的。

一、元素金屬與非金屬特性的概念

從理論分析，不論是元素的金屬性，還是其非金屬性，都針對的是原子個體。簡單而言，就是指該元素原子丟失或捕獲電子的難易程度的性質。如果單個原子很容易就將電子失去，那么該原子具有的金屬特性就會很強。反之，如果單個原子很容易就將電子捕獲，那么該原子具有的非金屬特性也一定很強。

二、高中化學教材對元素金屬與非金屬特性遞變規律的表達

就元素而言，無論是其金屬性，還是其非金屬性，都存在客觀的遞變規律。在高中化學現階段應用的教材中，對其進行的描述有兩點。

第一點，相同周期內，雖然各個元素原子核的最外層電子在層數上普遍相同，但自左往右進行對比分析后可以發現，在元素原子的核電荷數持續增加的同時，其半徑卻剛好相反，呈現不斷遞減的態勢。另外，當元素原子越來越容易失去電子時，其捕獲電子的能力會與之相反，呈現不斷變強的態勢。因此，對元素原子而言，其金屬與非金屬特性呈現反比關系，前者不斷變弱，則后者會不斷變強。這一變化規律可以直接從元素周期表中的第三周期，即Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、Ar等元素中得到證明。

第二點，相同主族元素內，針對元素進行自上而下的分析可以發現，元素的電子層數在遞增的同時，其原子半徑也在遞增，相應地，其失去電子的能力遞增，獲得電子的能力卻遞減。所以，對元素原子而言，其金屬與非金屬特性之間呈現的是反比關系，前者不斷增強，則后者不斷減弱。該遞變規律可從鹵族元素（F、Cl、Br、I、At）和堿金屬元素（Li、Na、K、Rb、Cs、Fr）的性質遞變中獲得驗證。

三、金屬與非金屬特性變化規律的正確表達

針對高中教材中描述的金屬性與非金屬性遞變規律，可以發現，雖然這一表述基本上沒有問題，但是其全面性和針對性都不足。也就是說，這一表述只是簡單地反映了元素金屬性和非金屬性的變化規律，并沒有具體反映出普遍變化中個別元素的非規律性變化。

就原子落空電子的難易程度而言，可以利用電離能輔助解釋。當原子處于基礎狀態時，如果想要變成氣體狀 態的陽性離子，就必須落空至少一個電子。故此，該原子的第一電離能，便是該過程中的原子落空一個電子所需的能量。其中，電離子能力越小，原子就越有可能落空電子，與此同時，其金屬性就愈強。從客觀角度分析，影響原子電離能大小的因素很多，不僅包括自身核電荷數，還包括自身原子半徑，以及原子核的最外層電子布局情況。一般情況下，相同周期內的元素原子，其電離能會跟隨自身原子序數的變化而變化，即原子序數從左往右增加，則電離能也隨之增加。但是，當相同能量的軌道電子填充出現結構穩定的原子，如全空時，前面元素的原子電離能就很有可能比后面相鄰元素的高。例如，第二周期內的Be元素和N元素，以及第三周期的Mg元素和P元素，其原子的電離能都高于其相同周期內后面相鄰的元素原子。另外，在相同族內，電離能的變化規律大多跟相同周期內一樣，與原子的序數直接相關，即原子的序數不斷變大，其電離能隨之不斷變大。但是，對周期表中的鑭系元素及其后續元素而言，這一規律并不成立。受“鑭系收縮”效應的影響，這些元素和第五周期中與之同一主族的元素在其自身原子半徑上沒有明顯差別，而在電離能大小上，卻有超越的可能性。表1為元素周期表中第五、六周期中各項成分的第一電能數據統計。

表1 第Ⅴ、Ⅵ周期中各項元素的第一電離能數據統計

由上可知，第Ⅵ周期中，自鉻開始，一直到鉛，其電離能變化規律都相悖于慣律，即均高于第Ⅴ周期中與之對應的同一主族元素。由此可以認為，Pb的金屬性弱于Sn。

就元素原子捕獲電子的難易程度而言，可以用電子親和力進行比較闡述。當原子處于氣態的基礎狀態時，想要形成氣體狀態的陰離子，就必須捕獲一個電子，而電子的第一親和能，便是該過程中捕獲一個電子所需要的能量。與其第一電離能相似，在各周期中都有個別特殊情況發生。表2為第Ⅱ、Ⅲ期中各主族成分電子的親和能數據統計。

表2 第Ⅱ、Ⅲ周期中各主族成分電子的親和能數據統計

由上表可知，電子親和能最小的，并不是每一主族中出現在第二周期的元素，而是第三周期或是周期更大的元素。例如第三周期中的Cl元素和S元素的電子親和能就比第二周期中的同族F元素和O元素的大。因此，不能盲目認為該周期中非金屬性最強的是F元素。

結語

本文僅針對元素金屬性及非金屬性中遞變規律進行了研究和分析，舉例證明了高中教材中對于該知識點的表述不足。故此，希望在之后的教材選編中，針對這一知識點的表述更加正確、全面。

參考文獻：

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