p区元素原子外层电子构型为ns2np1~6,系周期表中第ⅢA~ⅦA和零族元素。依次称为硼族、碳族、氮族、氧族、卤族元素和稀有气体。其中镓、铟、铊、锗、硒为分散性稀有元素;氮、氖、氩、氪、氙、氧是稀有气体;钋、砹、氧是放射性元素。
表5-3、表5-4分别列出了主族(包括零族)元素单质的晶体类型和p区元素单质的主要物理性质。
表5-3 主族及零族元素单质的晶体类型
ⅠA | ⅡA | ⅢA | ⅣA | ⅤA | ⅥA | ⅦA | 0族 |
H2 分子晶体 |
He 分子晶体 |
||||||
Li 金属晶体 |
Be 近于金属晶体 |
B 原子晶体 |
C 金刚石:原子晶体 石墨:层状结构晶体 |
N2 分子晶体 |
O2 分子晶体 |
F2 分子晶体 |
Ne 分子晶体 |
Na 金属晶体 |
Mg 金属晶体 |
Al 金属晶体 |
Si 原子晶体 |
P 白磷(P):分子晶体; 黑磷(Px):层状结构晶体 |
S 斜方硫(S3)、单斜硫(S8):分子晶体; 弹性硫(Sx):链状结构晶体
|
Cl2 分子晶体 |
Ar 分子晶体 |
K 金属晶体 |
Ca 金属晶体 |
Ga 金属晶体 |
Ge 原子晶体 |
As 黄砷(As4):分子晶体; 灰砷(Asx):层状结构晶体 |
Se 红硒(Se):分子晶体; 灰硒(Sex):链状结构晶体 |
Br2
分子晶体 |
Kr
分子晶体 |
Rb 金属晶体 |
Sr 金属晶体 |
In 金属晶体 |
Sn 灰锡:原子晶体 |
Sb 黄锑(Sb4):分子晶体; 灰锑(Sbx):层状结构晶体 |
Te 灰碲:链状结构晶体 |
I2
分子晶体(具有某些金属性) |
Xe
分子晶体 |
Cs 金属晶体 |
Ba 金属晶体 |
Tl 金属晶体 |
Pb 金属晶体 |
Bi 层状结构晶体(近于金属晶体) |
Po 金属晶体 |
At (人工合成元素) |
Rn
分子晶体 |
表5-4 p区元素单质的主要物理性质
族 | 元素 | 原子序数 | 密度/g·cm-3 | 熔点/K | 沸点/K |
硬度 (金刚石=10) |
导电性 (Hg=1) |
ⅢA |
B Al In Tl |
5 13 31 49 81 |
2.40 2.70 5.93 7.29 11.85 |
2300 933 302.9 429.4 576.8 |
4200 2720 2510 2320 1743 |
9.3 2.9 1.5 1.2 1.0 |
36.1 1.7 10.6 5.0 |
ⅣA |
C Si Ge Sn |
6 14 32 50 82 |
3.51(金刚石) 2.25(石墨) 2.33 5.36 5.77 11.34 |
>3823 1696 1233 505.1 600.6 |
5100
2953 3163 2960 2024 |
10(金刚石) 1(石墨) 7 65 2 1.5 |
0.001 8.3 4.6 |
ⅤA |
N P As Sb Bi |
7 15 33 51 83 |
1.03 1.83(白) 5.7 6.6 9.8 |
63.1 317.4 1090(一定压力下) 903.5 544.5 |
77.4 553 886(升华) 1910 1853 |
3.5 3 2.5 |
2.5 0.8 |
ⅥA |
O S Se Te |
8 16 34 52 84 |
1.30 2.06 4.82(灰) 6.25 9.20 |
54.4 392.2 490.6 723 527 |
90.2 717.8 961 1360 1235 |
||
ⅦA |
F Cl I |
9 17 35 53 |
1.11 1.56 3.20 4.93 |
53.6 172.2 266 386.8 |
85.3 231.1 331.3 457.7 |
||
0 |
He Ne Ar Kr Xe |
2 10 18 36 54 |
0.15 1.20 1.40 2.15 3.52 |
0.95 24.45 83.95 116.55 161.16 |
4.25 27.25 87.45 120.25 166.05 |
p区元素的单质,除金属外,还有非金属,以及性质介于金属和非金属之间的单质。因此单质的晶体结构变化较大,反映在单质的熔点、沸点、硬度、密度和导电性等性质的差异很明显。
p区右上方元素的单质都是非金属,如氮、氧、卤素和稀有气体等,固态时是由弱小的分子间力结合而成的分子晶体,所以熔点和沸点都很低。人们常利用液态氧、氮、氮或氖作为低温介质。p区上部元素的单质,如如金刚石、晶体硅、晶体硼,具有原子晶体或近于原子晶体的结构。整个晶体由共价键联系着,晶格较牢固,所以熔点和沸点高,硬度大。其中金刚石的沸点(大于3823K)和和硬度是所有单质中最高的,可以作切割、钻探等的硬质材料和耐磨材料。P区左下方元素的单质是金属晶体,由于处在金属晶体向分子晶体过渡的区域,所以熔点较低。锡、铅、铋等的合金熔点更低,是常用的低熔点合金材料。就导电性而言,p区左下方元素的单质具有良好的导电性,其中导电性最好的是铝。从左上方方至右下方对角线附近的一些元素的单质,如硼、硅、锗、砷、锑、锡、碲等,具有半导体的性质,其中半导体性能最好的是硅和锗。
p区的一些元素,如如碳、锡、磷、砷、锑、硫、硒等,它们的单质存在两种或两种以上的晶体结构,由于晶体类型不同,其物质性质有很大差别。例如金刚石和石墨,前者在所有单质中是最硬的,后者则较软,可用作润滑剂。至于导电性,前者是电的绝缘体,而后者则是电的良导体。