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存在形式与环境对物质稳定性影响 　　摘 要 以不同价态铁离子的稳定性为切入点，讨论元素所在物质以及物质的聚集状态、分散介质和环境性质等因素对元素性质的影响。提出元素所处环境的层次结构、环境性质的相对性以及物质性质的相对性等观念，并澄清某些相关认识。 　　关键词 聚集状态 分散介质 环境性质 稳定性 铁离子 　　在《结构与物质的稳定性刍议》（本刊2011年第7期）中，澄清了用3d【sup】5【/sup】电子组态的半满稳定解释Fe【sup】3+【/sup】稳定的错误认识；说明了原子结构及其相关参数是指独立原子的性质，与物质所表现出的元素性质有很大的差异；并提醒用原子结构去解释物质性质须谨慎。那么，除了原子结构之外，还有哪些因素会影响物质性质？物质在什么情况下更稳定呢？大量化学事实表明，任何元素都不存在某一种绝对稳定的价态，铁也不例外。本文以分析不同价态铁在不同尺度的结构层次、不同环境中的稳定性为切入点，探讨影响物质稳定性的各种因素，以期窥一斑而见全豹。 　　1 存在形式与物质的稳定性 　　1.1 元素所在物质对性质的影响 　　在化学中我们讨论的元素性质，通常不是指气态原子的性质，而是元素存在于某种物质之中并形成宏观聚集体所表现出的性质。物质可以看作某种元素的最基本的化学环境，元素所处的化学环境不仅可以是通过金属键、共价键和离子键连接的其他原子，还可以拓展到配位（配位场）、氢键等作用体系。同一种元素，所处的化学环境不同，表现出的性质也会有差异。这就是含同一种元素同一价态的不同物质的性质具有相似性，也可能会有显著差异的原因所在。 　　我们仍以铁为例：金属铁和羰基合铁中Fe元素均为0价，但性质显著不同；莫尔盐［（NH【sub】4【/sub】）【sub】2【/sub】Fe（SO【sub】4【/sub】）【sub】2【/sub】?6H【sub】2【/sub】O］比绿矾（FeSO【sub】4【/sub】?7H【sub】2【/sub】O）稳定的多；FeCl【sub】2【/sub】、FeO、K【sub】4【/sub】Fe（CN）【sub】6【/sub】等含2价铁的物质性质也各异。再如将K【sub】3【/sub】Fe（CN）【sub】6【/sub】固体与KI固体混合研磨，会有I【sub】2【/sub】生成，而3价铁被还原为2价铁的K【sub】4【/sub】Fe（CN）【sub】4【/sub】。 　　K【sub】3【/sub】Fe（CN）【sub】6【/sub】（s）+KI（s） 　　K【sub】4【/sub】Fe（CN）【sub】6【/sub】（s）+1/2I【sub】2【/sub】（g） 　　与K【sub】3【/sub】Fe（CN）【sub】6【/sub】（Δ【sub】f【/sub】H【sup】〖【/sup】XCo.tif〗【sub】m【/sub】-249.8 kJ/mol,Δ【sub】f【/sub】G【sup】〖【/sup】XCo.tif〗【sub】m【/sub】-129.6 kJ/mol）相比，K【sub】4【/sub】Fe（CN）【sub】6【/sub】（Δ【sub】f【/sub】H【sup】〖【/sup】XCo.tif〗【sub】m【/sub】-594.1kJ/mol,Δ【sub】f【/sub】G【sup】〖【/sup】XCo.tif〗【sub】m【/sub】-453.0 kJ/mol）的能量较低，这正是Fe【sup】3+【/sup】不稳定的例证，而此处的2价铁则相对稳定。 　　1.2 物质的聚集状态对性质的影响 　　根据尺度的大小，可以把物质结构大体划分为3个层次：①原子是构成物质的基本单位，是物质结构尺度中最小的一个层次。②“分子实体”（molecular entity）【sup】［1］【/sup】是更高的一个层次，分子实体是经典分子概念的扩展；除了经典分子外，还包括单一原子、简单离子、复杂离子、离子对、自由基、络合物等等，也包括能态不同的微粒，如激发态原子或分子。③尺度继续增大，就形成物质的聚集状态。 　　物质处于气态、液态或固态等不同的状态时，性质会表现出明显差异。熔融NaCl可以导电并且被电解，而固态NaCl并不具有这些性质就是典型的例证。当物质聚集的尺度处于纳米量级时，会表现出特殊的性质。例如纳米铁不再有金属光泽，而且非常活泼，易与空气中氧结合发生氧化反应；纳米铁用于合成氨催化剂在同样的条件下，比传统的铁催化剂性能优越，起到提高合成氨生产效率的作用【sup】［2］【/sup】。此外，还原铁粉、极细的铁丝、铁钉的活泼性也明显不同，这都是聚集状态对物质性质的影响。 　　2 物质的存在环境与物质的稳定性 　　2.1 温度的影响 　　不同价态铁的稳定性还与温度有关。初中化学里曾有一个课堂演示实验――铁