單質分子

單質分子是同一種元素組成的分子。

單質分子是同一種元素組成的純淨物，單質分子就是同一種元素組成的分子，一種化學術語，如氧氣、氫氣等等。

基本介紹

• 中文名：單質分子
• 外文名：single molecule
• 種類：主族氣體、稀有氣體、部分非金屬
• 含義：同一種元素組成的分子
• 單質的定義：同一種元素組成的純淨物

定義

單質分子就是同一種元素組成的分子，一定是純淨物。

書寫

單質分子的化學式書寫：皆由化學式表示，如氧氣分子O₂、臭氧分子O₃、氮氣分子N₂。

種類

一、活潑的非金屬氣體單質

①氫分子與氫氣分子：H₂、D₂、T₂、HD、HT、DT、H₃。

氫分子包括 H₂、D₂、T₂、HD、HT、DT。

氫氣分子是 H₂。

氫有三種同位素分別是：氕H、氘D、氚T。

由這三種同位素可以組成六種單質，分別是H₂、D₂、T₂、HD、HT、DT。

氫氣分子是指H₂，因為D，T在自然界含量極少。

D₂、T₂、HD、HT、DT反應很難生成，一般是用物理方法生成。

H₃是一個類似三角形的分子，實際上，宇宙中存在著它的一價正離子，其存在可以用分子軌道理論解釋。

②氮分子與氮氣分子：N₂、N₃、N₄、N₅⁺、N₅。

氮氣分子的分子式是N₂，但操作時要密閉操作，提供良好的自然通風條件。且操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規程。

其他幾種氮分子：N₃、N₄和N₅。

N₃其實應該說也是離子，如N^3-，我們生活中常出現的疊氮酸根是也，至於分子，恐怕沒這個陰離子穩定，筆者也沒見過，不敢妄言。

N₄是一種由四個氮原子組成的氮單質，其分子呈正四面體形。N₄與N₂、N₃是同素異形體。

N₅則是一個V型分子，是一種極不穩定的物質，可用來開發炸藥（研製過程中就造成實驗室內出現小型爆炸），類似的，比如義大利科學家發現了呈正方形結構而不是正四面體的O₄分子，這種物質也是十分不穩定，極易轉化為O₂。

還有一種氮五正離子：N₅⁺。它由美國空軍研究實驗室推進科學與先進概念部Karl .O. Christed等於1999年成功合成。其化合物N₅⁺（AsF₆）^-極易爆炸，而後合成的N₅⁺（AsF₆）^-較為穩定。

③氧分子與氧氣分子：O2、O3、O4、O8。

氧氣分子，化學式O₂，式量32.00，無色無味氣體，氧元素最常見的單質形態。熔點-218.4℃，沸點-183℃。不易溶於水，1L水中溶解約30mL氧氣。在空氣中氧氣約占21% 。液氧為天藍色。固氧為藍色晶體。常溫下不很活潑，與許多物質都不易作用。但在高溫下則很活潑，能與多種元素直接化合，這與氧原子的電負性僅次於氟有關。同素異形體：臭氧（O₃），四聚氧（O₄），紅氧（O₈）。

臭氧分子O₃為氧元素的另外一種分子，臭氧（O₃）又稱為超氧，是氧氣（O₂）的同素異形體，在常溫下，它是一種有特殊臭味的淡藍色氣體。臭氧主要存在於距地球表面20~35公里的同溫層下部的臭氧層中。在常溫常壓下，穩定性較差，可自行分解為氧氣。臭氧具有青草的味道，吸入少量對人體有益，吸入過量對人體健康有一定危害（不可燃，純淨物）氧氣通過電擊可變為臭氧。

O₄又叫“四聚氧”，這種氧的同素異形體預計構型為正四面體或者矩形，從兩種構型中性分子O₄,正一價分子O₄⁺和負一價分子O₄^-的基態電子結構，並根據能量最低原則確定了各自的結構參數，從而得到了O₄分子2種結構的基態總能量、一價電離能及電子親合勢能.與氧原子、普通氧分子O₂和臭氧分子O₃的計算結果比較，顯示O₄分子可以以正方形結構或正四面體結構形式存在，其中正方形結構更有可能是O₄分子的真實空間結構。

紅氧：分子式O₈，又名氧8、ε氧，是氧的一種單質形式，與氧氣（O₂）、臭氧（O₃）、氧4（O₄）等互為同素異形體。它表現出單斜晶系中的C2/m對稱，它對紅外線的吸收被認為是氧分子的聯合的堆砌的結果。液氧已被用作火箭中的氧化劑，紅氧則被認為可能會是更好的氧化劑，因為它能量密度更高。研究人員認為這種結構可能極大地影響對元素結構的研究。600K以上的溫度下，17GPa的壓強亦能生成此相態。氣壓為11GPa時，O8原子簇內的鍵長為0.234納米，原子簇之間距離為0.266納米。而氧分子O2的鍵長是0.120納米。研究中O8原子簇的構成原理尚不清楚，研究人員認為氧分子間電荷的運動或者磁矩在這種構成中起重要作用。

二、稀有氣體單原子分子

稀有氣體單原子分子：He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn。

稀有氣體或惰性氣體是指元素周期表上的18族元素（IUPAC新規定，即原來的0族）。在常溫常壓下，它們都是無色無味的單原子氣體，很難進行化學反應。天然存在的稀有氣體有六種，即氦（He）、氖（Ne）、氬（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）和具放射性的氡（Rn）。而Uuo是以人工合成的稀有氣體，原子核非常不穩定，半衰期很短。根據元素周期律，估計Uuo比氡更活潑。不過，理論計算顯示，它可能會非常活潑，並不一定能稱為惰性氣體。然而，碳族元素鈇（Fl,原臨時命名為Uuq）表現出與稀有氣體相似的性質[1]。

稀有氣體元素的基本性質列於下表中。

性 質	He	Ne	Ar	Kr	Xe	Rn
顏 色	無色	無色	無色	無色	無色	無色
光譜顏色（放電管中）	粉紅	紅	藍紫	藍綠	亮白色	-
氣體密度(g/L)	0.1785	0.9002	1.7809	3.708	5.851	9.73
熔點(K)	0.95	24.5	84.0	116.6	161.2	202.2
沸點(K)	4.25	27.3	87.5	120.3	166.1	208.2
溶解度(mol/L,293K)	13.8	14.7	37.9	73	110.9	-
臨界溫度(K)	5.25	44.45	153.15	210.65	289.75	377.65
氣化熱(kJ/mol)	0.09	1.8	6.3	9.7	13.7	18.0

三、鹵族元素

鹵族元素：F₂、Cl₂、Br₂、I₂、At_2。

氟（F）

共價半徑/Å: 0.72

電子構型: 1s2 2s2p5

1. 單質：氟氣，淡黃色
   
2. 水溶液（溶解度為20℃的數據）：與水劇烈反應(即氫氟酸2F2+2H2O==4HF+O2)
   
3. 銀鹽：AgF，白色，可溶於水
   
4. 其他：K/Na + 單一鹵素的均為白色，液體透明無色
   

氟氣常溫下為淡黃色的氣體，有劇毒。與水反應立即生成氫氟酸和氧氣並發生燃燒，同時能使容器破裂，量多時有爆炸的危險。氟、氟化氫（氫氟酸）對玻璃都有較強的腐蝕性。氟是氧化性最強的元素（而且不具有d軌道），只能呈-1價。單質氟與鹽溶液的反應，都是先與水反應，生成的氫氟酸再與鹽的反應；通入鹼中可能導致爆炸。水溶液氫氟酸是一種中強酸。但卻是穩定性最強的氫鹵酸，因為氟原子含有較大的電子親和能。如果皮膚不慎粘到，將一直腐蝕到骨髓。化學性質活潑，能與幾乎所有元素髮生反應（除氦、氖等惰性氣體）。

氯（Cl）

氯

英文名稱：Chlorine

原子序數：17[1]

相對原子質量：35.4527

原子半徑/Å: 0.97

原子體積/cm3/mol: 22.7

共價半徑/Å: 0.99

電子構型: 1s2 2s2p6 3s2p5

離子半徑/Å: 1.81

1. 單質：氯氣：黃綠色
   
2. 水溶液（溶解度為20℃的數據）：氯水：黃綠色，溶解度0.09mol/L
   
3. CCl4溶液：黃綠色
   
4. 苯溶液：黃綠色
   
5. 銀鹽：AgCl：白色，難溶於水
   
6. 其他：CuCl2固體（無結晶水）：棕黃色 ；CuCl2溶液：藍色(形成絡合物呈墨綠色)；FeCl3溶液：黃色FeCl2溶液：淺綠色[2]
   

氯氣常溫下為黃綠色氣體，可溶於水，1體積水能溶解2體積氯氣。有毒，與水部分發生反應，生成鹽酸（HCl）與次氯酸（HClO)，次氯酸（HClO)不穩定，分解放出氧氣，並生成鹽酸，次氯酸氧化性很強，可用於漂白。氯的水溶液稱為氯水，不穩定，受光照會分解成HCl與氧氣。液態氯氣稱為液氯。HCl溶液是一種強酸。氯有多種可變化合價。氯氣對肺部有強烈刺激。氯可與大多數元素反應。氯氣具有強氧化性，氯氣與變價金屬反應時，生成最高金屬氯化物 。通常所說的元素隨其價態升高氧化性增強，但氯的含氧酸氧化性大小為HClO>HClO2>HClO3>HClO4。

溴（Br）

英文名稱：Bromine

溴

原子序數：35[1]

相對原子質量：79.904

原子半徑/Å: 1.12

原子體積/cm3/mol: 23.5

共價半徑/Å: 1.14

電子構型: 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p5

離子半徑/Å: 1.96

相關顏色：

1. 單質：液溴：深紅棕色
   
2. 水溶液（溶解度為20℃的數據）：溴水：橙色，溶解度0.21mol/L（由於濃度不同在題中可能會出現如下顏色：黃色，棕紅（紅棕）色）
   
3. CCl4溶液：橙紅色
   
4. 苯溶液：橙紅色
   
5. 酒精溶液：橙紅色
   
6. 銀鹽：AgBr：淡黃色，難溶於水
   
7. 其他：BaBr2溶液：無色；CuBr2固體：黑色結晶或結晶性粉末；MgBr2溶液：無色
   

液溴，在常溫下為深紅棕色液體，可溶於水，100克水能溶解約3克溴。揮發性極強，有毒，蒸氣強烈刺激眼睛、黏膜等。水溶液稱為溴水。溴單質需要存儲容器的封口帶有水封，防止蒸氣逸出危害人體。有氧化性，有多種可變化合價，常溫下與水微弱反應，生成氫溴酸和次溴酸。加熱可使反應加快。氫溴酸是一種強酸，酸性強於氫氯酸。溴一般用於有機合成等方面。還可用於一些物質的萃取（如碘）。

碘（I）

英文名稱：Iodine

原子序數：53[1]

相對原子質量126.90447

原子半徑/Å:1.32

原子體積/cm3/mol:25.74

電子構型:1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10 5s2p5

離子半徑/Å:2.2

共價半徑/Å:1.33

相關顏色：

1. 單質：碘單質：紫黑色；碘蒸氣；紫色
   
2. 水溶液（溶解度為20℃的數據）：碘水：棕黃色，溶解度0.0013mol/L（由於濃度不同，在題中可能會出現如下顏色：棕黃色，紫（紅）色，褐色）
   
3. CCl4溶液：紫色
   
4. 苯溶液：紫色
   
5. 酒精溶液：褐色
   
6. 銀鹽：AgI：黃色，難溶於水
   

碘在常溫下為紫黑色固體，具有毒性，易溶於汽油、乙醇、苯等溶劑，微溶於水，加碘化物可增加碘的溶解度並加快溶解速度。100g水在常溫下可溶解約0.02g碘。低毒，氧化性弱，有多種可變化合價。有升華性，加熱即升華，蒸汽呈紫紅色，但無空氣時為深藍色。有時需要加水封存。氫碘酸為無放射性的最強氫鹵酸，也是無放射性的最強無氧酸。但腐蝕性是所有無放射氫鹵酸中最弱的，因為碘原子的半徑較大，電子親和能與電負性較小，易於損失氫離子。有還原性。 碘是所有鹵族元素中最安全的，因為氟、氯、溴的毒性、腐蝕性均比碘強，而砹雖毒性比碘弱，但有放射性。但是，碘對人體並不安全，尤其是碘蒸氣，會刺激黏膜。即使要補碘，也要用無毒的碘酸鹽（如碘酸鉀KIO₃）。所以所有的鹵族元素對人體都不安全。

砹（At）

英文名稱：Astatine

砹的半衰期:8.3小時

原子序數：85[1]

相對原子質量：209.9871

原子半徑/Å: 0.57

原子體積/cm3/mol: 17.1

共價半徑/Å: 0.72

電子構型: 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f14 5s2p6d10 6s2p5

離子半徑/Å:1.33

砹（At）極不穩定。砹210是半衰期最長的同位素，其半衰期也只有8.3小時。地殼中砹含量只有10億億億分之一，主要是鐳、錒、釷自動分裂的產物。砹是放射性元素。其量少、不穩定、難於聚集，其 “廬山真面目”誰都沒見過（金屬性應該更強。顏色應比碘還要深，可能呈黑色固體）。但科學家卻合成砹的同位素20種。砹的金屬性質比碘還明顯一些，可以與銀化合形成極難還原的AgAt。砹與氫化合產生的氫砹酸（HAt）是最強的、最不穩定的氫鹵酸，但腐蝕性是所有氫鹵酸中最弱的。

Uus（117號元素）

2010年，總部位於俄羅斯首都莫斯科郊外的杜布納聯合核研究所成功合成了117號新元素——在實驗室人工創造的最新的超重元素。一篇描述了這個新發現論文已經被《物理評論快報》接受發表。新元素目前尚未被命名，放入元素周期表的116號元素和118號元素之間的位置，這兩者都已經被發現。這種超重元素通常是具有非常強的放射性，並且幾乎立即會發生衰變。但是，許多研究人員認為甚至更重的元素也可能占據一個可以讓超重原子堅持了一段時間“穩定島”。新的工作進一步支撐了一觀點。對新元素的進行放射性衰變分析後，尤里的研究小組在新的論文中寫道：“為預測超重元素‘穩定島’的存在提供了試驗驗證”。由俄羅斯杜布納的聯合核研究所的尤里領導的研究小組報告稱用含有97個質子和152箇中子的錇-249轟擊鈣Ca-48——一種有20個質子和28箇中子組成的Ca-40的同位素。撞擊會生成兩種擁有117個質子的同位素，其中一種核素有176箇中子，而另一種核素有177箇中子。

2012年，俄羅斯科研小組再次成功合成117號元素，從而為117號元素正式加入元素周期表掃清了障礙。雖然2010年就首次成功合成了117號元素，然而國際理論與套用化學聯合會(IUPAC)要求杜布納聯合核研究所再次合成該元素，之後他們才能正式批准將它加入元素周期表。杜布納聯合核研究所的一名高級負責人說，研究小組已經成功完成了驗證工作，並向IUPAC正式提交117號元素的登記申請；如果順利，117號元素將會在一年內被命名，並歸入元素周期表。據悉，杜布納聯合核研究所使用粒子回旋加速器，用由20個質子和28箇中子組成的鈣48原子，轟擊含有97個質子和152箇中子的錇249原子，生成了6個擁有117個質子的新原子，其中的5個原子有176箇中子，另一個原子有177箇中子。

已知的性質

名稱 符號, 序數 Uus、Uus、117

系列 鹵素

族，周期 元素分區 17族（鹵族）（第ⅦA族），7, p

顏色和外表 未知；可能是金屬態；

銀白色或灰色

原子量 [291] 原子量單位

價電子排布 可能為[氡]5f146d107s27p5

電子在每能級的排布 2, 8, 18, 32, 32, 18, 7

原子序數：117

相對原子質量：[291]

核內中子數：173

核內質子數：117

核外電子數：117

核電荷數：117

所屬周期：7

四、其他非金屬固體

非金屬固體單質分子：B₈₀、C₂₈、C₃₂、C₅₀、C₆₀、C₇₀、C₇₆、C₇₈、C₈₂、C₈₄、C₉₀、C₂₄₀、C_540、C₇₂₀、C₉₆₀、C₁₅₀₀、C₂₁₆₀。

這些分子大部分是預測的，詳見詞條富勒烯。