氧气的活泼与氮气的惰性

晏成和（yych66@126.com）

初三上化学课，了解了化学反应，知道了化学变化。有的物质发生反应容易、神速、甚至剧烈（爆炸）；有些物质在一起，则反应很困难、缓慢；甚至根本不能起反应。由此在化学研究中制定了一个拟人化的名词：化学性质-活泼，却无从知道这“活泼”来自哪里。

老师要求背下金属元素活泼顺序：钾、钠、钙、镁、铝……铜、汞、银、铂、金。并且告诉我们：活泼的是周期表中原子量较小的金属：不活泼的是原子量较大的重金属。至于为什么是这样，教材和老师都没有讲。

还有最不活泼的惰性气体，惰性是因为价电子饱满，不需要与其它元素进行化合。

上篇文章谈催化，重点是价电子的速率、活泼。单原子催化就是利用重金属元素稳定的核外电子牵制、修改反应物的价电子速率，使得原来因速率差异不能同步而难以进行的化学反应、因速率的变更而同步，使反应变得容易快捷。原子量小的金属价电子速率可塑性很大，所以活泼。于是这个反应能否进行，活泼、不活泼就成为化学戏的主角。

说到活泼，化学还有一个叱咤风云的干将：氧化。说的是氧气性格异常活泼，氧化无处不在，几乎所有的元素他都能够“亲上一口”。氧气虽然只占大气21%，已经是满城风雨。还好，在空气中有大量的氮气，占78%、稳定，一物降一物，这个最不活泼的气体，维持了大气的规矩和秩序。那么，这个氧气的异常活泼与氮气的古板惰性是来自哪里？

这是我几十年思考的问题，也是几乎所有的化学书籍回避的问题。在百度上还是生涩难懂的“回答”。

在元素周期表中氮和氧是邻居，氮5价、氧6价。这在同一周期、仅有一个电子之差，怎么能够把化学特性弄得天壤之别？从元素原子上思考无解。从分子上思考，都是核外电子速率很快的分子，蹊跷在哪里？

分子是原子结合构成的，一般是核心相互吸引对方价电子，形成多个结构元，不同种原子的结合往往是使共有的核外电子数达到8或n8，物质进入低能量稳定状态，基本上就不进行反应、不活泼了。如：H2O水、CO2二氧化碳。

同一种原子固体物质核心相互吸引对方价电子，依价电子数形成共价晶体、金属晶体。在气体中是两两结合构成分子，如：O2氧气、H2氢气；N2氮气。

                        图一

同一种原子两两结合成气体分子，要注意的是：共有的价电子围绕两个核心形成空间运转。例如氮气，空间运转的10个电子因为空间大、便于重新排布。元素周期表告诉我们,核外电子的排布规律是2/8/18，两个氮原子结合成氮气也保持着这个规律，于是这共有的10个电子按2/8规则排布（如图一左），外层8个电子，这正是惰性气体氖的电子排布，于是氮气也就有了氖的惰性,可以说氮气是分子态的氖。

两个氧原子结合成氧气，共有的12个电子只能按2/8/2规则排布，形成了活泼金属镁的排布（大家回忆镁燃烧、镁光灯），加上气体核外电子的空间运转的高速率、可塑性。于是氧气的活泼性愈发膨胀、无处不在，可以说氧气是分子态、气态的镁，其活泼性登峰造极，氧化也就成为了自然界的普遍存在。

顺便也说一说氢气，两个氢原子紧密结合在一起，就是参加化学反应也不会分开，如H2O。氢气的两个价电子形成了分子态的惰性气体氦，所以惰性十足。

结合元素周期表和气体核外电子的重新排布，解读了氧气的活泼和氮气的惰性，在逻辑上说服了自己，或者，这就是大自然的真实。

2019、7、3