✍ dations ◷ 2025-08-02 14:29:24 #人工合成元素,卤素,第7周期元素,化学元素

5f14 6d10 7s2 7p5
(预测)
2, 8, 18, 32, 32, 18, 7
(预测)

第一:742.9(预测) kJ·mol−1

主条目:s2p5价电子排布。对于Ts,这一规律将会持续,价电子排布预计为7s27p5,所以Ts的许多性质都会和卤素相似。但是Ts和卤素之间还有不少显著的差别。其中一个最大的因素是自旋-轨道作用,即电子的运动与自旋之间的相互作用。这一作用在超重元素中特别强,因为它们的电子运动速度比轻元素快得多,速率与光速相当。对于Ts,该作用降低了7s和7p电子能级,这使得这些电子更加稳定。其中两个7p电子的稳定效应比其他4个电子更强。7s电子的稳定效应称为惰性电子对效应,而把7p支壳层拆分为较稳定和较不稳定两个部分的效应则称为支壳层分裂。对于计算化学家来说,这种分裂相当于第二量子数(角量子数)从1变为1/2和3/2,分别对应于7p支壳层的较稳定和较不稳定部分。Ts的价电子排布写法可以表现出这种分裂效应:7s2
7p2
1/27p3
3/2。

Ts的6d电子层也有分裂的现象,形成6d3/2(4个电子)和6d5/2(6个电子)支壳层。这两个支壳层的能量都有所提升,更为接近7s电子层,但科学家并没有预测任何涉及6s电子的化学反应。7p1/2和7p3/2层之间的距离异常高,有9.8 eV。砹的6p支壳层分裂只有3.8 eV,而且其6p1/2化学反应已经非常有限。这些原因都导致Ts的化学性质与位于其上的同族元素不同。

Ts第一电离能,即从原子移除一颗电子所需的能量,预测为7.7 eV。这比上面的卤素低,延续了周期表的趋势。它的电子亲和能将会是17族中最低的,预测值为2.6或1.8 eV,这同样符合规律。当Ts处于类氢原子状态时(即只含有一颗电子),其电子的运动速度极快,相对论效应使它的质量增加至静止电子的1.9倍。砹的这一数值为1.27,而碘则是1.08。根据相对论定律简单地推算,可间接得出原子半径的收缩。不过,更详细的计算却显示,形成了一个共价键的Ts原子的半径为165 pm,而砹则是147 pm。当移除了7颗外层电子后,Ts才比砹更小:Ts半径变为57 pm,砹则是61 pm。

Ts的熔点和沸点尚未有确切的预测值。早期论文估计,熔点为350至500 °C,沸点在550 °C;另有估计熔点为350至550 °C,沸点为610 °C。这些数值都比砹高,这与周期表趋势相符。之后的一篇论文则预计Ts的沸点为345 °C(砹的沸点估值有309 °C、337 °C和370 °C,但实验值有230 °C和411 °C)。密度预计在7.1和7.3 g·cm−3之间,这将延续卤素密度上升的趋势。

17族中位于Ts以上的元素通常会接受一颗电子,以达致稳定的惰性气体电子排布。这种排布中,价电子壳层含有8个电子,形成具有最低能量的八隅体构造。该族元素形成八隅体的能力随着原子序的增加而降低,因此Ts将会是17族中最不易接受一个电子的元素。在Ts预测能够形成的氧化态中,−1态是最不常见的。

两个Ts原子预计会形成Ts–Ts键,与卤素一样形成双原子分子。根据计算,At2分子中的σ键具有很强的反键性质;而Ts预计会持续这一趋势,Ts2分子会有较强的π键性质。TsCl分子会以单个π键键合。

除了不稳定的−1态之外,预测Ts还能够形成+5、+3和+1态。其中+1态应该是最为稳定的,因为最外层7p3/2电子的去稳定作用使它形成稳定的半满支壳层排布;砹有着类似的特性。+3态同样因7p3/2电子的去稳定作用而十分重要。根据预测,+5态将非常罕见,因为7p1/2电子具有(反向)稳定作用。计算并没有得出+7态的存在。而且由于7s电子的稳定性很强,所以有科学家认为Ts的价电子核心可能只有5个电子。

最简单的Ts化合物是它的氢化物TsH。这一化合键是由Ts的7p3/2电子和氢的1s电子所形成的。TsH会延续卤素氢化物的趋势,与砹化氢(HAt)相比,其键长更长,离解能也更高。然而在自旋-轨道作用下,TsF分子的离解能也有所提高。这是因为这一键合降低了Ts的电负性,使它与电负性极高的氟所形成的键更似一个离子键。TsF很可能是17族元素的一氟化物中键合最强的一个。

价层电子对互斥理论预测,17族的三氟化物都会具有T形分子结构。所有已知的卤素的三氟化物都有这种分子结构:AX3E2,即三个配位体(X)和两个孤电子对(E)围绕着一个中心原子(A)。如果不考虑相对论效应,TsF3应该会和较轻同系物一样具有弯曲T形分子结构。不过,Ts的7s壳层电子应该不会参与任何化学反应,所以价层电子对互斥理论所预测的是一种三方金字塔形分子结构(AX3E1)。更加细致复杂的理论则显示,这一分子结构并不是TsF3的最佳能量状态。这些理论所预测的是三方平面分子结构(AX3E0)。价层电子对互斥理论有可能无法准确预测超重元素的化合物分子结构。另外,自旋-轨道作用大大加强了TsF3分子的稳定性。这可能是因为,Ts和氟之间电负性的巨大差异造成分子呈现一些离子的性质。

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