89.3三齿配体…………………… ……………496 S94四齿配体…………………… 5 8.9.5五齿配体…………………………… 53 89.6六齿配体……………………………………………………509 8.9.7七齿及八齿配体 第S章硅 515 9.1导论……… p。。,。。,, 615 9.2硅元素…… 517 92.1存在及分布………………… 517 9.2.2硅的分离、制备及工业用途… …………518 923硅的原子性质及物理性质 ……519 9.2.4硅的化学性质…………………………………………6 9.3硅的化合物……… 526 9.3.1硅化物……………………………………………-526 9.,硅的氢化物(硅烷)……………… 9..砝的卤化物及相关的配合物……………………532 9.3.二氰化硅及硅酸…………………………,………596 9.3.5硅酸盐矿 具有独立单元的硅酸盐 具有链状、带状结构的硅酸盐… ·,, 49 具有层状结构的硅酸盐……………………,……4 具有骨架结构的硅酸盘………… 568 93.6硅的其它无机化合物…… 9.37有机硅化合物及硅氧烷…………………………570 第10章锗、锡及铅…………………581 10.1导论 581 1(.2锗、锡、铅的元素… 看 682 10.2.1她球上的丰度及分布……………… 582 10.2.2锗、锡、铅的产及用途……… 10.2.3钴、锡、铅的性质 自有草日ap4日s自 ………………588
10.24锗、锡、铅的化学活泼性及其递变……………………………59I 10.3锗、锡、铅的化合物……………………694 10.3.1氢化物及氢卤化物…………………………94 10.32卤化物及相关的配合物…………………………196 10.33氧化物及氢氧化物………………… 607 10.3,4含氧酸的衍生物………………… 、·,,. …615 10.35其它无机化合物………………… j0.3.6金属-金属键及原予簇……… 10.3.7金属有机化合物………………………………………626 锗锡铅 ……646 中甲‘·d●自曲 63
第1章 元素的起源、同位素与原子量 1.1引言 本书对元素化学作了较全面的论述。现在已知有107种元 素①,但并不都存在于自然界。从氢到铀的9和元素中,除了锝和 钷以外,全都能在地球上找到。已经探测到在某些恒星中有锝。除 了上述元素之外,在实验室中采用人工核合成的方法又增添了15 和元素。在自然界为什么只有90种元素?它们为什么具有所观察 到的丰度,以及它们的各种同位素为什么以所观絮到的这种特定 相对丰度存在?确实,我们还必须问,在自然界中这些同位索丰度 通常变化到何种程度,才会使得原子量改变到足以危及以化学分 析测定物质化学组成和结构的经典方法。 各种理论丰富多彩,重要的是任何时候都要仔细辨别它们之 中哪些是根据实验确立的,哪些是能提出进一步实验的有用模型, 哪些对说胡已知事实是目前可普遍接受的理论。在本章的头几节 中,将讨论化学元素的起源和这些元素现在的同位素组成问题。我 们对这些问题的认识仅是推测性的,这一点或许比在其它章节表 现得更为明显。这并不奇怪,因为,是在最近几十年,由于核物 理、相对论和量子论方面的一些发现,才使这一宏伟课题取得进 展 ①者注:目前已知110种元素,其中通过核合成方法鉴定的超钟元素有了
12宇宙的起源 种普遍流行的理论认为宇宙的起源及其演化到今天这种形 式是开始于“热的大爆炸。可以设想,宇宙屮的所有物质…开 始就包含在一个密度非常大、温度无限高的原始核中。由于某和 厉因它发生爆炸,使物质均匀地分布在整个空间,开始是以中子的 形式存在,然后它以已知的半衰期678±306衰变为质子、电子和 反中微子; 丑->p+e+v ti/a=l1. 3 min 按照这种理论,宇宙物质的一半在大爆炸后11min左右转变成质 子。这时温度(尽管它对这个模型的细节十分敏感)可能是500 10°K左右。虽然原始火球的核反应也会产生某些数量的氮,但是 2h(大约10个半衰期)后,宇宙中的纯大部分物质便以氢的形式 存在。星系团中的各种恒星就是由这种物质凝集原成的,同时开 始了元素的建造过程。根据观察到的现有竽宙膨胀速率(每10光 年约为18kmg-1),并假定速率保持不变,可以很容易地算出大 爆炸是发生在18×10°y以前。[1光年=9.46×102km;1y 3.15×107s因此,=9.46×10%/(18×3.15×107)y①}。这一理 论的一个诱人之处在于,它熊很容易地说明当今宇宙中存在的温 度约为27K的各向同性的黑体热辐射(这种辐射是1965年由美 国Be1l实验室的A.A.Pez和R,W. Wilson发现的,为蚍 他们获得了1978年诺贝尔物理奖)。这种辐射被看作是大爆炸 1 J Silk, The Big Bang: The Creation am: Evolution of the Universe.w H. P'reemitn, San Francisco, 1980. 394 pp ①译者注宇街现在的直径约为106光年(m9,4×1012×105km),若宇宙每年 膨帐18×3,15×107km,即可怙算出宇宙的年龄约为170亿
的垂死残余,其辐射强度也与理论所预计的相近°。其它流行的宇 宙学理论中没有一个能够满意地说明这一辐射温度。象物质连续 产生的稳定态理论和冷的大爆炸理论或多中子理论等,都因为这 原因而处于不利的地位。幸好对于我们的目的—说明化学元 素现在的浓度来说,并不取决于接受哪一种具体的宇宙学理论,也 就是说,我们要区分开物质的起源(宇宙学)和化学元素的起源(核 创生说)与此类似,在宇宙、太阳系和地球上的同位素分布与 宇宙学无关,这可以根据观测和应用已被接受的物理原理推演出 来 现在,至少可以得到其中一些元素丰度的对象有:(1太阳和 些恒星;(i)气态星云包括其它星系中的一些星云;(i星际 介质;(iv)宇宙线粒子;(v)地球、月球和陨石;(vi)太阳系中的 其它行星、小行星和彗星。前三组对象的信息是根据光谱数据得 来的;而对于宇宙线、陨石,至少对地球及月球的表层则可对样 品直接进行分析。结果表明,在太阳系和有些恒星中元素丰度差 异很大,但是总的图象在组成上却具有惊人的一致性。在宇宙中, 氢无疑是最丰高的-种元素,约占原子(或核)总数的88.6%,氦 的丰度约为氢丰度的1/8(11.3%),这两种元素加在一起已占字 宙原子总数的999%以上利宇宙质量的99%左右。显然,由 与氦核合成较重元的过程还没有进行多少。 对元素的宇宙丰度已经进行了各种估计,虽然就具体元紫来 说,彼此佔许的丰度有时存在着细小的差别,但它们在总路度为 2 A.A. Penzias ::rd R. W. wilson, A measurement Jf excess antenn temperature at 4080 Mc/s, astrophys, 142, 419-21 (1965);R. E. Dicke, P. A. E. Peebles, P. G. loll, and D. T. Wilkinson, Conic black-body radiation. Astrophys, J, 142, 41419(1965);R. w, Wilson, The cosmic microwa ve background radiation, pp. 118-23 in Les Prr Nobel 1978, Almqvist wikscll International, Stockholm 1979; A. A. Penzias, The origin of the elements, pp,93 106 in Les Pris nobel 1978(also in Science 105, 549 54(1979))