特點
原子團簇獨特的性質源於其結構上的,因其尺寸小,處於表面的原子比例極高,而表面原子的幾何構型、自旋狀態以及原子間作用力都完全不同於體相內的原子。材料的性質與內部單元的表面性質息息相關。例如僅僅通過調節團簇的大小,物質特性就有極大的不同,10 個鐵原子的團簇在催化氨合成時要比17個鐵原子的團簇效能高出1000倍。
伴隨著尺寸而來的另一效應是量子效應,原子團簇的研究即證明了許多量子力學的假設和預言,提出了無數更有趣的新問題。例如在由純金屬原子組成的多面體團簇中,只有當原子數是“幻數系列”,即為2、8、20、28、50、82、126……時,結構才是穩定的,甚至在加熱到液態時也不會被破壞。同樣的“幻數系列”在元素周期律中早已為人所知,但其理論解釋至今仍無定論。
團簇的科學研究正處於蓬勃發展的階段,除去理論上的極大意義之外,原子團簇在聲、電、光、磁等方面的實際套用更是人們努力的方向。
認識原子團要注意:
(1)原子團是分子中的一部分。在三種或三種以上元素組成的化合物中,其分子常含有某種原子團。
(2)原子團不是在任何化學反應中都保持不變。在有些化學反應中,原子團會發生變化,如:反應中,氯酸鉀中的氯酸根發生了變化。
(3)原子團通常稱作“根”或“根離子”。書寫原子團符號時應註明它所帶的電荷,如:ClO 、SO 、OH 、NH 等,不要把原子團符號當成化學式,如把硫酸根(SO )誤認為是四氧化硫。
KMnO中的原子團MnO 和KMnO中的原子團MnO 是不同的原子團。前者叫高錳酸根,後者叫錳酸根。
常見的根
氫氧根OH ,化合物如氫氧化鈉、氫氧化鉀
硝酸根NO ,化合物如硝酸銀、硝酸銨
碳酸根CO ,化合物如碳酸鎂、碳酸鈣
硫酸根SO ,化合物如硫酸鋇、硫酸汞
氯酸根ClO ,化合物如氯酸鉀、氯酸鈉
磷酸根PO ,化合物如磷酸鈉、磷酸鉀
碳酸氫根HCO-,化合物如碳酸氫鈉、碳酸氫銨
銨根NH ,化合物如硫酸銨,硝酸銨
碘酸根IO ,化合物如碘酸鉀、碘酸鈣
溴酸根BrO ,化合物如溴酸鉀,溴酸鈉
錳酸根MnO ,化合物如錳酸鉀,錳酸鈉
高錳酸根MnO ,化合物如高錳酸鉀,高錳酸鈉
過氧根O ,化合物如過氧化氫,過氧化鈉
超氧根O ,化合物如超氧化鋰,超氧化鈉
鉬酸根MoO42-,化合物如鉬酸鉛,鉬酸鈉
高氙酸根XeO ,化合物如高氙酸鈉、高氙酸鉀
硼酸根BO ,化合物如硼酸鋅、硼酸鈉
砷酸根AsO ,化合物如砷酸鐵、砷酸鈉
氰根CN ,化合物如氰化鉀,氰化鋇
注意事項
原子團不能獨立存在,只是化合物的一個組成部分。在溶液中原子團作為一個整體參加反應。各種原子團都有自己的特性反應,如CO 遇酸變成CO, SO 遇Ba 產生不溶於稀硝酸的白色沉澱,OH 使酚酞試液變成紅色等。利用特性反應可以檢驗根的存在。注意區分錳酸根MnO 和高錳酸根MnO ,兩者組成相同,但其中錳元素的化合價不同,所以根價不同。原子團的化合價等於根內各元素化合價的代數和。