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s区元素

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s区元素为周期系第ⅠA族元素包括锂、钠、钾、铷、铯、钫6种元素,又称为碱金属,第ⅡA族元素包括铍、镁、钙、锶、钡、镭6中元素,又称为碱土元素。s区元素是最活泼的金属元素。它的单质和化合物都有其独特的特点。

s区元素为周期系第ⅠA族元素包括锂、钠、钾、铷、铯、钫6种元素,又称为碱金属,第ⅡA族元素包括铍、镁、钙、锶、钡、镭6中元素,又称为碱土元素。碱金属和碱土金属原子的价层电子构型分别为ns1和ns2。其中锂、铷、铯、铍是稀有金属元素,钫、镭是放射性元素。s区元素是最活泼的金属元素。碱金属最外层只有1个ns电子,而内层为8电子结构,它的原子半径在同周期中是最大的,而核电荷数却是最小的,由于内层电子的屏蔽作用明显,因此,它很海估乃容易失去最外层的一个电子,从而第一电离能在同周期中为最低。因此,碱金属是同周期元素中金属性最强的元素。由于碱土金属最外层有2个ns电子,金属性比碱金属稍弱。

在s区元素中,同一族元素(除第二周期元素)随着核电荷数的增加,同族元素的原子半径、离子半径逐渐增大,电离能逐渐减小,电负性逐渐减小,金属性、还原性逐渐增强。

s区元素的一个重要特点是各族元素通常只有一种稳定的氧化态。同时s区元素的单质是最活泼的金属,它们都能与大多数非金属反应。除了铍和镁外,它们都较易与水反应,形成稳定的氢氧化物,而这些氢氧化物大多是强碱。除铍外,s区元素的单质都能溶于液氨生成蓝色的还原性溶液。

单质的物理性质

碱金属和碱土金属都是具有金属光泽的银白色(铍为灰色)金属。主要特点为轻、软、低熔点,并具有良好的导电性、导热性,其中的锂、钠、钾能浮在水面上。

单质的化学性质

碱金属和碱土金属是化学活泼性很强或较强的金属元素,它们能直接或间接地与电负性较大的非金属元素形成相应的化合物。同时碱金属有很高的反应活性,在空气中极易形成氧化膜,因此要它们保存在无水煤油中,锂因为密度很小,能浮在煤凳射弃洪油上,所以将其保存在液体石蜡中。

碱金属和碱土金属的还原性强,都能与水反应,并生成氢气。因此常将钠和钙作为某些有机溶剂的脱水剂。

单质的存在和制备

元素习记催臭

主要矿物的名称和组成

锂辉石、锂云母、透锂长石

盐湖和海水中的氯化钠,天然碱、硝石,芒硝

光卤石,盐湖和海水中的氯化钾,钾长石

绿柱石,硅铍石,铝铍石

菱镁矿,光卤石,白云石

大理石,方解石,白垩,石灰石,石膏,萤石

天青石,碳酸锶矿

重晶石,毒重石

元素

提取方法的主要过程

450℃下电解55℅LiCl和45℅KCl的熔融混合物

580℃下电解熔融的40℅NaCl和60℅CaCl2的混合物

850℃下,用金属钠还原氯化钾

铷或铯棵请兰

13Pa,800℃下,用钙还原氯化铯

350℃~埋局永400℃下,电解氯化钠和氯化铍的熔融盐,或采用镁还原氟化铍

电解水合氯化镁(含20℅氯化钙,60℅氯化钠),先脱去其中的水,再电解得到镁和氯气,或硅热还原法

(780~800)℃下,电解氯化钙和氯化钾的混合物,或铝热法

单质的应用

s区单质的物理性质和他们的实际应用密切相关。如镁铝合金是大冢 熟悉的轻质合金。镁合金具有很好的机械强度和质轻的特点,是很重要的结构 材料。航空工业应用了大量的镁合金,直升飞机需要极轻的材料,镁合金广泛地 应用于直升飞机的制造上。镁合金也成为各种运输T.具、军事器材(枪炮零件)、 通体汗多讯器材等的重要结构材料。在空间轨道飞行器上所用的镁比任何其他金 属都多。随着火箭、导弹、人造地球卫星和各种空间运载丁.具的发展,镁合金的 用童将越来越多。

除镁之外,锂、铍的合金也有较多的应用。例如,锂铅合金(〇.4%U, 0. 70%Cu,0. 6%Na,其余为铅)使铅的硬度增大,可用来制造火车的机车轴承。 锂铝合金也具有髙强度和低密度的性能,锂合金也是制造航空、宇航产品所需要的材料。

由于钠的低熔点、低粘度及低的中子吸收截面,并兼有异常高的热容量和导 热率,在快增殖核反应堆中钠被用作热交换液体。钾钠合金和锂都可作为核反 应堆中的热交换介质。在一定波长光的作用下,碱金属的电子可获得能量从金 属表面逸出而产生光电效应。将碱金属的真空光电管安装在宾馆或会堂的自动 开关的门上,当光照射时,由光电效应产生电流,通过一定装置形成电流,使催钻门关 上。当人走在自动门附近时,遮住了光,光电效应消失,电路断开,门就会自动打 开。铷、铯主要用于制造光电管。

碱金属和碱土金属中的镁、钙、锶、钡在氢气流中加热,可以分别生成离子型氢化物。常温下离子型氢化物都是白色晶体,它们的熔沸点较高,熔融时能够导电。

它们的热稳定性差异较大,分解温度各不相同,碱金属氢化物中,以氢化锂最稳定,同时碱土金属氢化物比碱金属氢化物热稳定性高一些。

离子型氢化物与水都发生剧烈的水解反应而放出氢气,并且具有强还原性。

正常氧化物:碱金属中锂和所有碱土金属在空气中燃烧时,生成正常氧化物。其他碱金属的正常氧化物是用金属与它们的过氧化物或硝酸盐作用得到的。碱土金属的碳酸盐、硝酸盐等热分解也能得到氧化物。碱金属氧化物与水化合生成碱性氢化物。碱土金属的氧化物都是难溶与水的白色粉末,并具有较大的晶格能,熔点高,硬度大。

过氧化物:除铍和镁外,所有碱金属和碱土金属都能分别形成相应的过氧化物,其中只有钠和钡的过氧化物可由金属在空气中燃烧直接得到。

超氧化物:除了锂、铍、镁为,碱金属和碱土金属都能分别形成超氧化物,其中钾、铷、铯在空气重燃烧能直接生成超氧化物。

臭氧化物:干燥的钠、钾、铷、铯的氢氧化固体与臭氧反应,可以制得臭氧化物,稳定性较差。

碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体。它们在空气中易吸水而潮解。

碱金属的氢氧化物在水中都是易溶的,溶解时还放出大量的热。碱土金属的氢氧化物的溶解度则较小。并且除了氢氧化铍为两性氢氧化物外,其余都是强碱或中强碱。而它们的溶解度和碱性随着核电荷数的增加而增加。

碱金属的盐大多数是离子晶体,并易溶于水,它们的熔沸点较高,有较强的热稳定性。但其硝酸盐热稳定性较差,加热时易分解。

碱土金属的盐的离子键特征比碱金属差,溶解度与热稳定性相比于碱金属的盐均较差。