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鹼金屬

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鹼金屬是講佇元素週期表中同屬第一族(舊名ⅠA 族)的六个金屬元素:鋰(Li)、 鈉(Na)、 鉀(K)、 ua-sá-bih(Rb)、 ua-sá-bih(Cs)、 ua-sá-bih(Fr), 其中有強烈的放射性。

鹼金屬均有一个屬於 s 鐵枝的上外層電子,, 所以這族屬於元素週期表的 s 區。鹼金屬的化學性質顯示出十分明顯的同族元素相𫝛性,是化學元素週期性的例證之一。就算講氫嘛仝款第一族,但其顯現的化學性質佮鹼金屬相差誠遠,因此通常無予人認為是鹼金屬。

鹼金屬有誠濟相𫝛的性質;𪜶攏是銀白色的金屬、密度細、熔點佮滾的點攏較低、標準的狀況下有誠懸的反應活性。𪜶𠢕失去價電子形成帶一个單位正電錢的陽離子。𪜶一般質地比較柔軟,會使用刀共切開,露出銀白色的破面;因為會當佮空氣內底的氧氣反應,破面暴露佇空氣中將真緊失去光澤。因為鹼金屬化學性質攏真活潑,貯起來的時陣一般將𪜶囥佇礦物油內底,抑是封佇閣慢性氣體當中保存,以防止其閣空氣抑是水發生反應。佇自然界中,鹼金屬的元素只有化合態,袂當以游離態存在。鹼金屬攏會當佮水發生激烈的反應,生做鹼性的氫氧化物,伊反應能力佮劇烈的程度綴原子序數的增加增加按呢愈強。

所有已經發現的鹼金屬均天然存在佇自然界中。按照化學元素豐度順序,自然界化學豐度上懸的是鈉,其次是鉀,紲落來是鋰、ua-sá-bih、ua-sá-bih,最後是假影。學的放射性足強的,半衰期足短,足無穩定的,所以干焦會當做天然衰變鏈的產物,佇自然界內底痕量存在。已經有實驗試圖合成可能的第七个鹼金屬 Uue,毋過目前全以失敗告尾。此外,因為相對論效應會真大影響包括 Uue 在內的超重元素的性質,所以 Uue 可能毋是鹼金屬嘛;即使伊真正是鹼金屬,伊的物理性質佮化學的性質嘛可能會佮其他六个鹼金屬有較大差異。

鹼金屬有偌種的用途。被或者是假的原子鐘是游離態鹼金屬的元素上出名的應用實例之一,其中以趨原子鐘上準。鈉化合物較捷看著的一種用途是製作鈉燈,一種高效光源。人類對食鹽(氯化鈉)的使用會當追溯到古早。鈉佮鉀是生物體中的電解質,具有重要的生物學功能,屬於膳食礦物質。就算其他鹼金屬並非膳食礦物質,𪜶仝款會對身體產生抑是有益抑是有害的影響。

性質

化學性質

這一族的核外電子結構(特別是上外層電子)模式特殊,因此𪜶的化學性質呈規律性變化:

因為有強烈的放射性,學性質真濟展現的化學性,所致伊的化學性質並無得著深入研究。對鹼金屬元素的化學性質研究主要針對這族的前五个元素。

已知的鹼金屬元素均做活潑金屬,到今猶未發現鹼金屬的天然單質。所以,鹼金屬通常泡佇礦物油抑是煤油中保存。鹼金屬和鹵素劇烈反應生成鹵化物,為白色的字型,除氟化鋰外均可溶佇水。鹼金屬佮水反應生做強鹼性的氫氧化物溶液,就按呢應當妥善保存。原子量愈大(愈「重」)的鹼金屬,反應愈做劇烈:比如講增加水內引發的爆炸比鉀閣較劇烈,就是一个例。

因為有較低的有效核電荷,而且干焦需失去一个電子就會當達到慢性氣體電子結構,鹼金屬元素的第一游離能是仝禮拜元素內上低的。佮之相對的是,鹼金屬的第二游離會普遍誠懸,因為失去一个電子的鹼金屬離子做貧惰性氣體電子結構,而且電子佮原子核的距離降落去矣。這一能量差異致使鹼金屬佇咧反應中通常失去一个電子,形成一價正離子。

化學家起初認為鹼金屬袂形成負離子,但後來的研究發現了一類有含負一價鹼金屬離子的無穩定化合物,稱作鹼化物。鹼化物中的鹼金屬負離子有充滿的 s 亞層,這予伊閣較穩定。「反氫化鈉」,H + Na-, 是這類化合物中一个引入注目的例。通常的氫化鈉應當是 Na + H-, 反氫化鈉具有佮之相反的電荷分布。所以,反氫化鈉的能量懸,純淨物足無穩定,但伊的幾種衍生物已經予人預測做穩定抑是亞穩定的。根據目前已經知的信息矣,除鋰之外的鹼金屬攏會當形成鹼化物。鹼化物的化學性質佮電子的鹽(一種以束縛電子為負離子的鹽)類似。因為擁有無仝款尋常的化學計量佮低游離電位,鹼化物有誠懸的理論研究價值。

鋰離子(Li +)足細的半路仔 ( 七十六 pm ),會極化合物中的陰離子,使化合物具有一定共價性;所以,鋰的化學性質佮這族內面的其他的元素有一寡差異。比如講,氟化鋰是唯一無溶佇水的鹼金屬鹵化物;氫氧化鋰是唯一無改善的鹼金屬氫氧化物。鋰和米存在對角線規則,鋰的某一寡化學性質和米相倚。譬論講,鋰會當形成穩定的氮化物,這一性質佇咧米所在的鹼土金屬中真普遍,但是佇咧鹼金屬當中是顯得特殊。此外,佇各人所蹛的族內底,干焦鋰和米會當形成共價有機金屬化合物。此外,過氯酸鋰和其他有含無法度予極化的大陰離子的鋰鹽比類似的鹼金屬鹽穩定,可能是因為 Li + 有懸溶劑化能。此效應也使上簡單的鋰鹽基本以水合物的形式存在,因為無水物歹潮解:這嘛是氯化鋰和四十化鋰會當用做除溼器佮空調的原因。 根據推測,學和其他鹼金屬嘛會有一寡性質差異。枋的原子量誠懸,伊的電子運動較緊,會引發閣較明顯的相對論效應,鋪有的七 s 電子會閣較穩定。根據推測,抹的電負度、游離會比廈門閣較懸,這和鹼金屬對頂到下電負度佮游離能的變化趨勢相反。此外,枋的原子半徑可能會反常地低。已經考慮著相對論效應抑若預測四界的幾个特性是電子親佮能 ( 四十七孵二 kJ / mol ) 和 Fr 兩分子的鍵解離能 ( 四十二孵一 kJ / mol )。CsFr 分子的極性為 Cs + Fr−,顯示菁仔的七 s 殼層比賽的六 s 殼層閣較受著相對論效應的影響。此外,有夠氧化抹 ( FrO 二 ) 預測有可觀的共價數性,這和其他鹼金屬超氧化物無仝。這是因為石頭的六 p 電子成鍵致使的。

化合物佮反應

佮水的反應(鹼金屬氫氧化物)

所有的鹼金屬攏有佮冷水大反應—— 乃至產生爆炸—— 生成強鹼性的鹼金屬氫氧化物水溶液,釋放氫氣。沿這族對頂到下跤,漸漸加劇:鋰和水反應平緩進行,伴有冒泡現象;鈉佮鉀佮水反應可產生燃燒;抹著肉沉入水當中,快速產生大量氫氣閣產生衝擊波,會當共這个玻璃容器拍予碎。鹼金屬放入水底的時陣產生的爆炸分做兩个獨立階段:首先,金屬佮水反應,產生氫氣。這步內底,反應性閣較強重鹼金屬元素能閣較緊的產生氫氣。紲落來伊,反應第一階段產生的熱量通常會點著新產生的氫氣,予其在空氣內底爆炸性燃燒。這一氫氣爆炸會當佇水面頂懸產生可見的火焰,拄開始的金屬佮水的反應主要佇水下來進行,因此無產生火焰。

猶毋過鹼金屬佇水中發生爆炸原因猶有爭議。二空一五年國外的一份文獻中稱,鹼金屬佮水反應佇咧其接觸水的一時陣就去予人決定矣,鹼金屬和水反應中鹼金屬會瞬間釋放家己的電子,使無法度束縛家己的內部的正電荷繼續引發爆炸。

佮第十四族(第 IVA 族,碳族)元素的反應

鋰和鈉會和碳反應生成乙絕化合物(Li 二 C 二和 Na 二 C 二), 這類化合物也會當由金屬佮乙絕反應製造的。鉀、鈉、交趾和石墨反應,鹼金屬的原子1875入到六邊形的石墨層內底,形成石墨層間化合物 MC 六十(殕色、近乎烏色)、 MC 四十八(殕色、近乎烏色)、 MC 三十六(藍色)、 MC 二十四(鋼藍色)、 MC 八(銅黃色)。 𪜶的導電性比純石墨強兩百倍,講明鹼金屬的價電子轉移到石墨層當中,形成 M + Cx-的化合物。加熱 KC 八時,鉀原子發生脫嵌。隨著加熱時間的增加,沓沓仔形成 KC 二十四、KC 三十六、KC 四十八直到 KC 六十。KC 八是強抑原劑,可自燃,接觸水是爆炸。佮石墨反應的時陣,較大的鹼金屬原子(鉀、ua-sá-bih、ua-sá-bih)就開始時形成 KC 八,抑若細粒的鹼金屬原子開始的時形成 KC 六。

鹼金屬佮碳族其他的元素反應時,生做和籠狀結構的離子化合物。像矽化物 M 四 Si 四(M=K , Rb , Cs), 有含 M + 佮四面體 Si 四十四 − 離子。鹼金屬石化物內底有簡單的 Ge 四-離子,猶閣有其他的圍徛(津特耳相)離子,Ge 四十二 − , Ge 九十四 − , Ge 九十二 − , 以及 [( Ge 九 ) 二] 六 −,其化學性質佮相應的矽化物相倚。鹼金屬錫化物主要為離子化合物。陰離子有 Sn 四-離子,有時有較複雜的圍徛咧,比如講 K 四 Sn 九中的 Sn 九十四 −,簡單的鉛陰離子(Pb 四-) 猶未發現;鹼金屬鉛化物均有複雜的圍徛離子。

佮第十五族(第 VA 族,氮族)元素的反應

鋰是唯一佇標準的狀況下和氮氣反應的鹼金屬,伊的氮化物嘛是唯一穩定的鹼金屬氮化物。破壞 N 二分子中的這个 N-N 三鍵需要足懸的能量嘛,因而 N 二顯慢性。形成鹼金屬氮化物需要消耗能量,對閣將鹼金屬來游離生 M + 離子,破壞 N 兩分子的三鍵並形成 N 三-離子;遮的能量是由形成鹼金屬氮化物釋放的晶格能進行補償。離子半徑愈細,電荷愈懸,晶格會愈大;猶鹼金屬無法度形成高電荷離子,因為鹼金屬氮化物的晶格能只取決於金屬離子的半徑。所以乎,干焦半徑上細膩的鋰會當釋放到夠的晶格會當,予形成氮化物的反應成做一个囥燒反應,形成 Li 三 N。抑若其他的鹼金屬無法度釋放有夠的晶格會當,形成氮化物的反應是吸熱的,因為佇標準條件下無生成氮化物。Na 三 N 和 K 三 N 真無穩定,容易分解為原來的組成元素(氮氣和鹼金屬)。 空間位阻禁止了氮化氮和氮化氮的存在。猶毋過,鈉和鉀會當形成無色的疊氮化物,包含線性的 N− 三。因為鹼金屬陽離子真大,𪜶是熱力學穩定的,融合的時陣猶無分解。

鹼金屬攏易於和磷、砷反應,生成 M 三 P / M 三 As . P 三-和 As 三-的半徑較大,形成化合物需要提供的能量閣較低,毋過無需要足懸的晶格能。M 三 P / M 三 As 毋是干焦有的鹼金屬磷化物抑是新化物。鉀有九種無仝款的已知磷化物:K 三 P,K 四 P 三,K 五 P 四,KP,K 四 P 六,K 三 P 七,K 三 P 十一,KP 十曉三以及 KP 十五。大多數金屬可生成新化物,干焦有鹼金屬、鹼土金屬可生成離子型新化物。Na 三 As 的結構足複雜的:內底的 Na-Na 距離做三百二十八撨三百三十 pm,比金屬鈉單質中的 Na-Na 距離閣較短。這說明就算佮低電負度的鹼金屬形成的化學鍵嘛毋是純粹的離子鍵。已經發現講 M 三 As 以外的鹼金屬新化物。比如講 LiAs,伊帶有金屬的光澤佮強導電性,說明其中可能有存在金屬咧做。鹼金屬學化物中的 Sb 三-離子是強抑原劑,就按呢鹼金屬石化物無穩定,易發生反應。鹼金屬抹化物佮酸反應形成無穩定的劇毒氣體 SbH 三。鋪化物袂完全為著離子性,是有部份離子鍵佮部份金屬鍵的金屬互化物。實際上,𪜶有某寡金屬的性質,化學計量比 MSb 的鹼金屬石化物包含以螺旋 Zintl 結構鍵合的枋仔。學化物甚至毋是完全離子化的;伊是有含有部份金屬鍵和部份離子鍵的金屬間化合物。

佮第十六族(VIA 族,氧族)元素的反應

標準的狀況之下,鹼金屬均可和氧氣劇烈反應,形成多種多樣的氧化物。比如講簡單氧化物(含 O 二-離子), 過氧化物(含 O 二 − 二離子,氧原子間存在單鍵), 超氧化物(含 O− 二離子)等。鋰佇空氣中燃燒生成氧化鋰;鈉和氧氣反應生做氧化鈉和過氧化鈉的混合物;鉀是形成過氧化鉀佮超氧化鉀的混合物;被和孵只形成超氧化物。鋰、鈉和鉀佇空氣當中干焦燒,佇咧塗石閣會當佇空氣內底自然,這嘛說明鹼金屬對頂到下反應性增強。 半徑小的鹼金屬離子轉向於極化複雜的負離子(過氧化物佮超氧化物), 將複雜離子中的電子吸引著其中的一个氧原子中,形成一个 O 二-離子佮一个氧原子。所以,鋰佇室溫下和氧氣反應只生成簡單氧化物;鈉和鉀的半徑閣較大,真化效應閣較弱,因而且會當形成較無穩定的過氧化物。這族內底上下跤的被和四半徑足大的,會當形成上無穩定的超氧化物。形成超氧化物釋放的能量上濟,因此較大的鹼金屬原子佮氧氣反應較趨向於生成超氧化物。學著的簡單氧化物佮過氧化物確實存在,但是無法度佇標準狀況下由鹼金屬佮氧氣反應製造得。毋過若控制反應條件,除知影以外的所有鹼金屬攏會當形成簡單氧化物,過氧化物佮超氧化物。鹼金屬過氧化物佮超氧化物是強氧化劑。過氧化鈉佮超氧化鉀會佮二氧化碳反應,形成鹼金屬碳酸鹽佮氧氣,抑若佇店艇的空氣淨化器內底予人使用。喝出氣體內底的水蒸氣會使超氧化鉀除去二氧化碳的反應閣較高效。

學習佮鉎可形成比超氧化物較複雜的氧化物。鋪佇空氣內底被氧化會當生成 Rb 六 O 和 Rb 九 O 二 . 被生湠的氧化物種類豐富得濟,比如講臭氧化物 CsO 三 , 以及幾種色彩鮮明的低氧化物,如 Cs 七 O , Cs 四 O , Cs 十一 O 三 , Cs 三 O(深綠色), CsO , Cs 三 O 二 , 以及 Cs 七 O 二 . 真空下加熱 Cs 七 O 二可生成 Cs 二 O .

鹼金屬可和較重的氧族元素(硫、ua-sá-bih、ua-sá-bih、ua-sá-bih)發生類似反應。除分以外,所有的 M 二 Ch(M 為鹼金屬,Ch=S、Se、Te、Po)攏是已經知的。鹼金屬佮過量的氧族元素反應生成 M 二 Chx,其中的氧族元素原子連接成鏈狀。比如講,鈉會和硫反應生成硫化鈉(Na 二 S)猶閣有各種加硫化鈉(Na 二 Sx , x=二~六), 其中有含 S 二 − _ x _ 離子。Se 二-和 Te 二-的鹼性予得鹼金屬抹化物水溶液佮抹化物水溶液呈鹼性。鹼金屬佮扳、被直接反應的時,除生成 M 二 Se 抑是 M 二 Te 以外,閣生做多板化物佮多板化物。鹼金屬佇咧三百四百  °C 下佮被直接反應,形成含 Po 二-離子的鹼金屬石化物,後者化學上十分穩定。

佮第十七族(VIIA 族,鹵素)元素,猶閣有氫氣的反應

鹼金屬是元素週期表中電負度上低的元素,因為較趨向佮電負度上懸的鹵素形成離子鍵,產物為鹼金屬鹵化物。氯化鈉,也就是通常所講的食鹽,就是其中一項。鹼金屬和鹵素的反應性呈規律性變化:對鋰到棕蓑,反應性愈來愈強;對氟到碘,反應性愈來愈弱。鹼金屬鹵化物化學式攏是 MX(M 為鹼金屬,X 為鹵素), 攏為白色的離子晶體,定溫度為固態。除氟化鋰以外,鹼金屬鹵化物攏會溶佇咧水。氟化鋰中的 Li + 和 F-的半徑攏足細的,二者間靜電相互相彼个作用真強,因為氟化氟鋰的晶格會足懸的,所以無溶佇水。

鹼金屬嘛佮氫反應,形成離子型氫化物,其中的氫負離子可作為擬鹵素。𪜶會使用做閣原劑,合成氫化物、氫錯合物佮氫氣。其他擬鹵化物嘛是已經知的,其中上出名的是氰化物。除了氰化鋰,𪜶的晶體結構類似真正的鹼金屬鹵化物,而且氰離子會當自由旋轉。三元鹼金屬鹵氧化物,像講 Na 三 ClO、K 三 BrO(黃色)、 Na 四 Br 二 O、Na 四 I 二 O 和 K 四 Br 二 O 嘛是已經知的。鹼金屬多鹵化物無穩定,就算講超大的被和四配通過極弱的極化性來穩定遮的化合物。

配位化合物

鹼金屬的半徑真大,啊若電錢干焦 + 一,所以鹼金屬通常無佮簡單的路易斯鹼生成錯合物。半徑上細的 Li + 有上濟的錯合物,隨著離子半徑增大,形成的錯合物愈來愈少。水溶液中,鹼金屬離子以八面體的六水合離子([M ( H 二 O ) 六] +)存在;因為鋰離子半徑小,因為是正四面體的四水合離子 [Li ( H 二 O ) 四] + . 因為水份子的極性,二者由靜電力互相吸引,形成水合離子。所以,閣鹼金屬離子的無水鹽定定予人用做焦燥劑。因為靜電互相咧作用的原因,鹼金屬易於佮冠凰、穴學形成毋著物件。比如講,Li + 會當和十二-冠-四形成毋著合物,Na + 十五-冠-五形成毋著合物,K + 佮十八-冠-六形成毋著合物。

氨溶液

佮大多數的金屬無仝,鹼金屬佇液氨中勻勻仔溶解,生做氫氣佮鹼金屬胺基化合物(MNH 二). 使用催化劑會當加速這个過程。形成的胺基化合物無溶佇液氨,佇體系內底提出;賰的液體是有明顯色水的鹼金屬氨液溶液。這類溶液中有和溶劑化電子,因為這个色水明顯,有強導電性。濃度小於三 mol / L 時,溶液呈深藍色,導電性是氯化鈉水溶液的十倍;濃度比三 mol / L 時,溶液顯銅黃色,引電性能佮液態金屬(如汞)相倚。除了胺基化合物佮溶劑化電子,溶液中閣有鹼金屬離子(M +), 鹼金屬原子(M), 鹼金屬雙原子分子(M 二)猶閣鹼金屬負離子(M-)。後三種粒子攏無穩定,最終生成熱力學穩定的鹼金屬胺基化合物佮氫氣。氨合電子為強猶原劑,定佇化學合成中使用。

金屬有機化學

鋰形成的有機金屬化合物種類上濟,相對上蓋穩定,成鍵是共價鍵。有機鋰試劑為袂導電的固體抑是液體,熔點低,易揮發,較傾向生成化學式為(RLi)x 的多聚物(R 為有機基團)。 以甲基鋰為例,其化學式為(CH 三 Li)x,x=四或六,結構分別為正四面體型佮正八面體型。有機鈉化物佮有機鉀化物嘛是多聚的。鋰的電負度低,因為鋰-碳鍵的電荷密度主要集中佇咧碳原子頂懸,可有效形成碳負離子;所以,有機鋰化合物是非常強力的鹼,也是強力的親核試劑。丁基鋰定予人用做強鹼,已經投入商業化生產。

有機鈉試劑佇化學中的應用較有限。比較來講,有機鋰試劑已經投入商業化生產,而且反應性能閣較𠢕使用。有一寡有機鈉試劑有商業意義,其中上主要的是環戊二烯基鈉。四苯硼硼嘛會當歸類做有機鈉化物,因為佇固態下這一化合物中的鈉佮芳基形成化學鍵。閣較重的鹼金屬形成的有機金屬化合物反應性閣較強,應用閣較為受限。施洛瑟鹼是這類化合物中的一種重要試劑。伊是正丁基鋰佮叔丁醇鉀的混合物,會當佮丙烯反應,生成丙烯鉀(KCH 二 CHCH 二)。 順-二-丁烯佮反-二-丁烯佇咧和鹼金屬接觸的時陣實現化學平衡。所用的鹼金屬為鋰和鈉的時陣,這一異構化反應進行較緊;煞使用鉀、ua-sá-bih、鋪時進行較慢。鉀、ua-sá-bih、鋪閣較傾向高位阻的構象。有機鈉、有機鉀、有機刷和有機刷化合物成鍵以離子性為主,佇非極性溶劑內底差不多會溶。

物理性質

有金色的色的光色,其他的鹼金屬攏是銀白色。鹼金屬攏誠軟嘛,有較低的密度、熔點以及滾點。

下表總結了鹼金屬的物理性質佮原子性質。標有問號的數據猶未確定,抑是由元素禮拜律推斷所得,並毋是實際測量結果。

元素週期律

元素週期表中,鹼金屬族是族內元素性質上重要的一族。沿週期表對頂禮拜到下,鹼金屬元素的原子半徑漸漸升懸,電負度沓沓仔降低,反應性漸漸衝懸,熔落來沓沓仔降低。總體來講,鹼金屬的密度對頂頭到下漸漸衝懸;鉀是一个例外,伊的密度比面頂的鈉略低。

原子半徑佮離子半徑

沿週期表對上到下,已知的鹼金屬原子半徑漸漸衝懸。因為遮閘效應,當一个原子有加於一个電子層的時陣,逐个電子予原子核吸引的同時攏受著其他電子的排斥。鹼金屬價電子干焦受著一个 + 一的淨電荷的作用,因為部份有效核電荷去予內層電子(除去上外層的所有電子)所抵消,鹼金屬內層電子的數量永遠比核電荷數減一个。所以,鹼金屬原子半徑只佮電子層數有關;電子層數綴禮拜數增加來增加,因此鹼金屬原子半徑對頂到下沓沓仔增大。

鹼金屬的離子半徑比原子半徑小足濟。失去上外層電子了後,鹼金屬離子比鹼金屬少一層電子,因為半徑閣較細。此外,鹼金屬離子的有效核電荷升懸矣,原子核對核外電子的吸引閣較強烈,致使半徑減小。

第一游離能

元素抑是分子的頭一游離會當指將上容易解離的電子對氣態原子 / 分子中解離出來,形成帶 + 一電荷的氣態離子所需要的能量按呢。頭一泅離會當受有效核電的錢字、內層電子遮閘效應、上𠢕解離的電子(對主族元素來講,通常是上外層電子)到原子核距離的影響。核電荷數佮遮的閘效應影響作用會當解離電子的有效電錢。作用佇鹼金屬上外層電子的有效電荷仝款(均為 + 一), 所以影響著第一游離能的干焦上外層電子到原子核的距離。沿這族對頂到下跤,外層電子到原子核的距離沓沓仔衝懸,核對上外層電子的吸引沓沓仔減弱,第一游離能因為漸漸仔降低。鋪是這一趨勢的特例。因為相對論效應的作用佮七 s 軌域的收縮,抹的價層電子比非相對論模型的預測值閣較接近原子核,價電子受著閣較濟吸引力,所致形影第一游離會比賽較懸。因為鹼金屬原子的上外層電子干焦受著一个有效電荷作用,而且失去一个電子後會當形成穩定的慢性氣體電子構型,所以鹼金屬的第一游離能是仝禮拜元素內底上低的。

鹼金屬元素的第二游離會當比第一游離會當,因為第二易解離的電子位佇一个充滿的電子軌域內底,所以僫解離。

反應活性

沿週期表對上到下,鹼金屬反應性沓沓仔升懸,這是鹼金屬的第一游離能佮原子化會當共同作用的結果。因為鹼金屬的第一游離會當對頂到下漸漸降低,外層電子沓沓仔對反應中解離,反應性漸漸衝懸。原子化能被用來撙節元素的金屬鍵強度,隨著鹼金屬對頂到下原子半徑上升,金屬原子核間距上升,金屬鍵的離域電子到原子核的距離增加,原子化會降低。共原子化會當佮頭一游離會當相加,會當得著一个數值,伊和鹼金屬參與反應所需要的活化會當密切相關(但無相等)。 對懸到下,這个數值是漸漸降低,鹼金屬的反應活化能也漸漸降低。所以,化學反應會當閣較緊來進行,顛倒轉來按呢對頂到下漸漸增加。

電負度

電負度描述原子抑是官能基吸引電子的能力。若是氯化鈉中氯佮鈉之間形成的是共價鍵,因為氯的電負度閣較懸,兩个原子間的共用電子嘿會予人吸引著倚近氯的一爿。因為氯和鈉的電負度相差實在傷大,共用電子對過倚近氯,實際上已經會當看做鈉上的電子被氯奪走,因此佇氯化鈉固體中實際形成的是離子鍵。若是共鈉換做鋰鋰的話,電子嘿就袂離氯遮爾近。因為鋰原子半徑小,電子對和鋰的有效核電荷的距離閣較近,鹼金屬原子佮共用電子對之間的吸引力增強矣。由此會出,半徑較大的鹼金屬原子吸引共用電子對的能力閣較䆀,電負度愈低。

因為鋰的電負度較懸,鋰的某一寡化合物顯共價性。比如講,碘化鋰可溶佇有機溶劑中,大多數的共價化合物擁有這個性質;氟化鋰是唯一無溶佇水的鹼金屬鹵化物;猶閣有氫氧化鋰是唯一無明解的鹼金屬氫氧化物。

熔較燒咧

加熱金屬到熔點的時陣,原本共金屬原子束縛做伙的金屬鍵變弱,原子因而且會當自由徙振動;加熱至滾點的時陣,金屬鍵完全斷去。所以,鹼金屬熔開的變化規律講明鹼金屬的金屬鍵強度對頂頭到下沓沓變弱。金屬原子由原子核和離域電子之間的靜電引力束縛做伙。對頂懸到下鹼金屬的原子半徑衝懸,離域電子佮原子核的距離增大,金屬鍵因而變弱,致使熔淡薄仔降低。因為內層電子遮閘效應,核電荷的變化可忽略。

密度

鹼金屬晶體均做體心立方結構。,所以影響密度的干焦兩个因素:單位體積可容納的原子數,佮單一原子的質量。單位體積可容納的原子數由原子半徑決定,所以若是知影鹼金屬原子半徑佮原子量數值,就可計算鹼金屬的密度有。由結果來看,鹼金屬的密度對頂到下依次增加,鉀是一个例外。因為有仝一禮拜中上細的原子量佮上大的原子半徑,鹼金屬是仝一禮拜中密度上低的金屬。鋰、鈉、鉀是干焦有的三个密度小於水的金屬元素。

原子核穩定性

鹼金屬的原子序數攏是奇數,因為按呢𪜶的仝位素只有可能為奇數-奇數核種(質子數和中子數攏為奇數,質量數為偶數)抑是奇數-雙數核種(質子數為奇數,中子數為偶數,質量數為奇數)。 奇數-奇數原生核種叫做罕見—— 這類核種通常會發生 β 衰變,衰變產物做偶數-雙數核種,後者有閣較懸的束縛能,因為閣較穩定。

因為奇數-奇數核種十分的罕見,鹼金屬差不多所有的主要仝位素均是奇數-雙數核種。鹼金屬奇數-奇數仝位素內底,鋰-六是穩定的,鉀的放射性同位素鉀-四十嘛有較長的壽命。著一个予定的奇數質量數,干焦會當有一種 β 衰變穩定仝位素(無產生 β 衰變的同位素)。 佮雙數-雙叉仔數核種佮奇數-奇數核種間的束縛能差距相比,奇數-雙數核種佮偶數-奇數核種的束縛能強欲無差距,因此和 β 衰變穩定仝位素質量相等的其他核種(同量素)會產生 β 衰變,生成能量上低的核種。橫直,質子數和 / 抑是中子數為奇數的核種相對無穩定,這就致使大部份有奇數原子序數的元素—— 比如講鹼金屬—— 有的穩定仝位素數量比原子序數為偶數的元素較少。二十六種單一同位素元素內底,除分之外的所有成員的質子數攏是奇數,中子數攏是偶數。(鋪的質子數是偶數,中子數為奇數)

鈉、鉀、ua-sá-bih、鋪有天然的放射性仝位素:鈉-二十二和鈉-二十四為宇生的痕量放射仝位素,鉀-四十佮孵-八十七有足長的半衰期,著愛存在自然界中存在,抹的所有仝一个素均有放射性。二十世紀初,人認為講是放射性的,就算伊無天然放射性仝位素。鉀的天然放射性仝位素 K 學四十約占自然界的鉀的百分之空一二 , 所以自然界的鉀存在微弱的放射性。正是鉀產生的這一微弱輻射,致使一九二五年有人錯誤地聲稱發現矣八十七號元素。

ua-sá-bih-一百三十七是一種 β 放射源,嘛是一種強 γ 放射源。伊的半衰期為三十 . 一七年,是兩種主要的中等壽命必變產物之一(另外一種為追-九十)。 這兩種裂變產物是核燃料使用好勢了後數年到數百年產生的輻射的主要來源。一百三十七喔 Cs 經過高能 β 衰變,終其尾生做穩定的被-一百三十七喔。一百三十七喔 Cs 牽著中子的速度誠慢,因為袂當過中子照射的方法來進行處理,干焦會當變竅。佇水文學研究中,一百三十七喔 Cs 被用做示蹤物,佮瑛佇這方面的應用類似。強欲所有的核試驗攏會共環境釋放少量的影響-一百三十四佮曲-一百三十七喔。某一寡核事故嘛會釋放這兩種同位素,比如車諾比核事故和福島第一核電站的事故。截至二空空五年,ua-sá-bih-一百三十七猶原是車諾比核電廠附近隔離區的主要輻射源。

延伸

儘管目前干焦發現六个鹼金屬的元素,目前已經有研究預測比廈閣較重的鹼金屬元素的物理性質佮化學性質。根據推測,抹了後的第一个鹼金屬元素是目前猶未發現的第一百十九號元素 Uue。伊是第八週期的頭一个元素,性質佮可能仝族的其他元素類似。伊的化學性質可能閣較倚鉀抑是講;根據元素週期律,Uue 的性質應當佮烌烌閣較倚,乃至比𪜶較𠢕反應。Uue 的價電子運動速度懸,產生相對論效應,致使著 Uue 的第一游離會當提懸,金屬半徑佮離子半徑降低,反應性下降。目前已經發現相對論效應對廈門的性質產生了類似影響。相對論效應可能會致使 Uue 元素無像其他鹼金屬彼款反應。Uue 的八 s 鐵枝路因相對論效應會變甲穩定,致使著 Uue 的電子親合會當提懸—— 佇咧塗肉和四界的電子親合能,甚至比其他所有的鹼金屬元素攏懸。相對論效應原仔會致使 Uue 的極化性大幅度降低。另外一方面,Uue 熔點可能猶原符合鹼金屬元素的熔點變化規律,也就是比鋪較低。根據推測,Uue 熔點可能佇咧零  °C 到三十  °C 之間。

Uue 的價數層電子穩定性致使八 s 軌域的收縮,繼續造成原子半徑降低。據預測 Uue 的原子半徑為兩百四十  pm ,,比賽原子(兩百四十七喔  pm)略小。所以,+ 一氧化態的 Uue 的化學性質應當閣較接近抹,毋是假影。佮之相反,據預測 Uue + 的離子半徑比 Rb + 大。Uue + 的上外層七 p 軌域無穩定,因為比低層數的 p 軌域閣較大。除鹼金屬特徵的 + 一氧化態以外,Uue 閣可能有其他鹼金屬無的 + 三氧化態。Uue 中七 p 二分之三亞層無穩定而且有膨脹,致使七 p 二分之三亞層的上外電子的游離會比其他方式的預測值低,所以可能會解離閣較濟電子產生 + 三氧化態。足濟的 Uue 化合物當中有七 p 二分之三電子參與成鍵,遮的化合物因為顯示部份共價性關於比 Uue 閣較重的鹼金屬元素的預測研究相對較少。根據元素週期表向下推測,後一个鹼金屬應該是第一百六十九號的元素 Uhn;抑若根據狄拉克-福克方法計算,後一个鹼金屬應當是第一百六十五號元素 Uhp , 其核外電子組態做 [Uuo] 五 g 十八六 f 十四七 d 十八 s 二八 p 二十二分之一九 s 一 . 深入的計算顯示 Uhp 彼游離會比 Uup、ua-sá-bih、鋪較懸,佮鈉相倚。Uhp 的原子半徑嘛會符合自馮開始的遞減趨勢:伊的原子半徑可能佮鉀相倚。除九 s 電子外,Uhp 的七 d 電子嘛可能一道參與化學反應,形成比 + 一更懸的氧化態,因為比起鹼金屬 Uhp 可能佮硼族元素的行為更加接近。

節甲二空一二年,猶無關於著 Uhp 以後的鹼金屬性質的研究。第八禮拜了後的元素有誠強烈的相對論效應佮重結構效應,由較輕元素性質的變化規律做出來的外推因為按呢變甲完全無準確。相對論效應使 s 軌域穩定,層結構效應使層數懸的電子層的 p , d , f , g 軌域變甲無穩定,二者產生的效果倒反。所以,對第八禮拜了後的元素來講,相對論計算佮非相對論計算會出的結果差距閣較明顯矣。因為鹼金屬佮鹼土金屬攏為 s 區元素,著 Uue 和 Uhp 性質佮變化趨勢做出的預測可能仝款適用佇相應的鹼土金屬 : Ubn 和 Uhh .

有部份類似性質的其他元素抑是基團

有真濟物質佮鹼金屬仝款傾向於形成一價陽離子。類似擬鹵素,遮的物質有時仔號做「鹼金屬」。 𪜶包括一寡元素佮閣較濟的原子團,遮的原子團佇大小佮極化性的方面佮鹼金屬類似。

氫擁有一个核外電子,通常出於方便起見共囥佇元素週期表第一族的上頂面。毋過,氫通常無予人看做是一个鹼金屬元素。一般條件下跤,氫以雙原子分子(H 二)的形式存在; 毋過,鹼金屬只有是懸溫下成做氣態了後才會當形成雙原子分子(如 Li 二)。

佮鹼金屬仝款,氫擁有一个價電子,好佇咧和鹵素反應,但是氫佮鹼金屬的相𫝛性嘛只有遮的矣。共氫囥佇咧鋰頂懸,主要是因為伊的電子構型佮鹼金屬相𫝛,並毋是化學性的考慮。有當時仔伊囥佇咧碳的頂懸,因為氫佮碳的電負度相倚;有時仔會囥佇咧有某寡相𫝛化學性質的氟頂頭。

氫的第一游離能為(一千三百十二孵空 kJ / mol), 有遠懸於鹼金屬的第一游離能。因為干焦需要一个電子就會當做伊的閣較慢性氣體構型,氫的行為有當仔閣較倚鹵素。和鹵素仝款,氫會當形成-一價的氫負離子。就算講佇鹼化物內底,鹼金屬嘛會當形成負離子,這類產物蓋無穩定,干焦用佇實驗室研究。佇極端高壓的作用之下(譬如講木星核心佮土星核心的高壓), 氫發生相變生做金屬氫,性質佮鹼金屬類似。反對這种囥的論點是,和鹵素放熱形成鹵化物的反應無仝,氫形成氫化物的反應是吸熱的。H− 陰離子的大細嘛違反鹵素離子愈往下大細愈大的趨勢。實際上,H-的擴散性足強的,因為伊的單一个質子袂當簡單來控制兩个電子。當𪜶經受非金屬過渡到金屬的作用時,佇咧三千 K 下跤液體金屬氫的電阻率大約等於佇咧兩千 K 壓力下跤的佮曲痀的液體的電阻率。

氫的一 s 一電子構型類似鹼金屬 ( ns 一 ),毋過因為無存在的關係 p 亞層,氫的這个構型足特殊的。伊會當失去一个電子,形成氫正離子 H +,抑是講閣得著一个電子,形成氫負離子 H−。前者會使說明氫佮鹼金屬類似,尾手者顯示氫和鹵素相𫝛。猶毋過,因為一 p 鐵枝路無存在,不管歸類到鹼金屬抑是鹵素攏袂當完美解決問題。佇熱力學性質如游離能佮電子親佮能方面,碳族伊的元素嘛足合,但是氫袂使四價存在。所以乎,無一種排法是予人滿意的,就算講鹼金屬上捷看著的囥位(若選擇一个囥位), 因為佇咧所有單原子氫物種中,水合氫離子目前為止是上重要的,伊是酸鹼化學的基礎。氫因其異常的電子構型佮細 sài-sù,產生的非正統性質的一个例是氫離子非常的細(半徑大約是零交一五 pm,大多數其他的原子佮離子的大細為五十知二百二十 pm), 因此除了佮其他原子抑是分子締合以外,伊咧縮合體系中無存在。實際上,質佇化學物質之間的轉移是酸鹼理論的基礎。氫形成氫鍵的能力嘛是特殊的,這電荷轉移,靜電佮電子相關貢獻現象的影響。雖然類似的鋰鍵是已經知的,但是𪜶多數是有靜電的。毋過,佇某一寡分子晶體內底,氫會當起來佮鹼金屬仝款的結構作用,並且佮輕的鹼金屬(尤其是鋰)有密切的關係。

銨閣有其衍生物

銨離子(NH + 四)的性質親像一種介於鉀佮孵之間的「中間鹼金屬嘛」,經常予人看做鹼金屬的近親。比如講伊,絕大多數的鹼金屬溶佇水,真濟數的銨鹽嘛溶去水。根據推測,佇咧極高壓落,銨會當形成穩定的金屬銨(由 NH + 四離子佮游離電子構成)。 這一反應可能佇天王星和海王星的內部咧進行,這兩粒行星的內部磁場可能受著應該反應的影響。據估計,對氨氣和氫氣的混合物轉變做金屬銨所需要的壓力為二十五  GPa 左右,低於將游離態物質轉化為金屬態通常所需要的壓力一百  GPa

其他「鹼金屬」包括銨的烷基衍生物,其中銨的一寡氫原子被替換做烷基抑是芳基。四級銨鹽(NR + 四)可以佇咧替代貴參參 Cs + 來穩定閣大閣容易極化的陰離子(如 HI− 二)。 四級銨氫氧化物佮鹼金屬氫氧化物仝款是強鹼,會佮空氣內底二氧化碳反應,生做碳酸鹽。此外,銨的氮原子會當予閣較重的氮族元素取代,生做摃龜(PH + 四)抑是講鋪(AsH + 四)陽離子,𪜶的氫原子嘛會當予烷基抑是芳基取代。四氫陽離子(SbH + 四)本身猶未予人發現,但伊的衍生物已經得著徵。

二茂鈷佮其衍生物

二茂鈷,Co ( C 五 H 五 ) 二,是一種茂金屬,是二茂鐵的鈷類似物。伊是一種暗紫色固體。二茂鈷有十九个價電子,比有機過渡金屬化合物的常見價電子數量—十八个加一个。伊非常穩定的類似物二茂鐵十八个電子,符合十八電子規則。該額外的電子占一个於 Co-C 鍵的反鍵軌域。所以,Co ( C 五 H 五 ) 二的足濟化學反應攏行對無去這加的電子,形成極度穩定的十八電子陽離子二茂鈷陽離子。真濟二茂鈷鹽佮暝鹽會共沉底,抑若氫氧化二茂鈷是會當吸收大氣中二氧化碳,形成碳酸二茂鈷的強鹼。和鹼金屬仝款,二茂鈷是一種強抑原劑,因為十个甲基的設備應效,十甲基二茂鈷的還原性閣較強。鈷會使被其他的同類物配取代,對閣較強的抑是原劑二茂學。二茂茂(用鋪代替鈷)可能會閣較強,毋過其實無穩定性,所以並無得著誠好的研究。

佮所有的鹼金屬仝款,錘擁有 + 一氧化態。Tl + 這離子半徑為一百六十四  pm,和 K +(一仔五  pm)、 Ag +(百二九  pm)相仿,因此有含 Tl + 的錘化合物性質通常佮相應的鉀化合物抑是銀化合物相倚。佇錘被發現了後的數年內面,歐洲大陸認為錘是一種鹼金屬;佇咧尤利烏斯 ・ 洛塔爾 ・ 邁呢爾一八六八年編制的週期表以及門得列夫一八六九年編制的元素週期表中,錘被當做第六个鹼金屬,位置佮隱相鄰。尾仔兩个攏對伊週期表進行矣修改。佇咧邁呢爾一八七空年的週期表佮門得列夫一八七一年的週期表中,錘被囥咧硼族,也就是這馬伊所在的位置;啊若允下跤的一格為空欠。猶毋過錘仝款有 + 三氧化態,爾知的鹼金屬攏無具備這一氧化態。現此時人認為講是第六个鹼金屬的元素。

第十一族元素

十一族的元素(閣講貨幣金屬)銅,銀和金,因為𪜶會當形成具就有無完整 d 鐵枝的離子,因此通常歸類做過渡金屬。佇物理上,𪜶來對其他的過渡金屬,有較低的熔點佮較懸的電負度,閣較親像後過渡金屬。Cu,Ag 和 Au 予人填充的 _ d _ 軌域佮自由 _ s _ 電子形成𪜶的高電導率佮熱導率。第十一族倒爿的過渡金屬會經歷 s 電子佮部份填充的 d 殼層之間的互相去作用,對而且降低電子遷徙率。化學上,第十一族金屬的行為類似於主族金屬,因為 + 一價態,所以佇咧某一種程度頂懸佮鹼金屬有關係:這是進前予人標記為 IB 族,佮鹼金屬的 IA 族有關係的原因。𪜶有時予人分做了過渡金屬。𪜶的光譜類似於鹼金屬。𪜶的價數當離子是順磁性的,並且和鹼金屬的鹽仝款,𪜶的鹽無色(除非陰離子有色水)。

佇門得列夫一八七一年元素週期表中,銅、銀佮金被列出兩遍,一改佇咧 VIII 族下跤(鐵系的元素和鉑族金屬), 另外一改佇 IB 族下跤。就算講按呢,IB 族內底𪜶猶是用括號括了起來,指出講伊是暫定的。門得列夫對元素進行分配的主要標準是元素的上大氧化態:佇這个基礎頂面,因為彼陣已知存在二價銅佮三價金化合物,因此無法度共第十一族的元素歸為 IB 族。猶毋過,消除 IB 族將使 IA 族成做唯一欠缺 A–B 分叉的主族(VIII 族被標記做過渡族)。 此後無偌久,大多數化學家選擇著 IB 族內底遮的元素進行分類,並共伊按呢 VIII 族中刪除,以著對稱性:這是主要的分類方法,一直到現代的中長十八列元素週期表的出現使鹼金屬佮第十一族金屬分離。

傳統上,第十一族金屬被視做鹼金屬的一部分,因為𪜶有鹼金屬𪜶特徵性的 s 一電子構型(頭一族:p 六 s 一;第十一族:d 十 s 一)。 毋過,相𫝛性主要是兩組的 + 一化合物的化學計量數,毋是𪜶的化學性質。這是因為予人完全添充的 d 殼層比予完全添充的 p 殼層對上外層 s 電子這裡閘作用弱得高,所以第十一族金屬比相應的鹼金屬有閣較懸的第一游離會當佮閣較細的離子半徑。此外,𪜶有較懸的熔點,𠕇度佮密度,並且佇液氨中具有較低的反應性佮溶解度,佇咧其化合物中具閣較大的共價性。最後咧,鹼金屬佇標準電極電勢表的頂頭,第十一族金屬大部份攏佇下底。第十一族元素的 d 殼層比鹼金屬的 p 殼層閣較容易予人破歹,因為按呢第二佮第三泅離能閣較低,會當實現比 + 一高的氧化態佮閣較豐富的配位化學,對而使第十一族金屬的性質閣較像過渡金屬。特別值得人講的是參與與與金形成離子化合物,佇咧其中形成金離子(Au-)。金離子用溶劑化形式出現佇液氨溶液中:這搭的金的表現為擬鹵素,因為伊的五 d 一百空六 s 一構型比准封閉殼五 d 一百空六 s 二減一个電子,嘛就是真穩定的汞的電子構型。

歷史

鹼金屬族的出現

一八六五年彼左右,約翰 ・ 紐蘭茲發表一系列論文,列出遮的元素,以原子量增加佮物理化學性質誠相𫝛的順序出現,頭一个元素會佮第八个元素的性質類似。伊將這種週期性比做音樂的八度。佇這个情形下,分開了一个八度的音符具有相𫝛的音樂功能。伊將所有已經知的鹼金屬(鋰到熔)以及銅,銀佮錘(𪜶表示出鹼金屬的 + 一氧化態特徵)囥入去彼當陣的元素週期表,做伙成做一个族。伊的週期表共氫歸類做鹵素。

一八六九年後,德米特里 ・ 它萬嗎維奇 ・ 門得列夫提出伊的元素週期表,將鋰囥佇咧鈉,鉀、ua-sá-bih、糊佮錘形成的族的頂懸。兩冬後,門著列夫修改元素週期表,將頭一族中的氫置佇咧鋰頂懸,並且共錘徙至硼族元素。在此版本,銅、銀佮金被囥咧兩擺,一改是十一族元素的一部份,另外一改是包含當今八到十一族元素的 VIII 族。引入去十八列元素週期表了後,第十一族元素徙來到 d 區內底的當前位置啦,猶閣鹼金屬是留佇咧矣 IA 組中。尾仔該組的名稱佇一九八八年改做第一族。鹼金屬這个名稱來自以下事實:當鹼金屬溶佇水中的時陣,𪜶所形成的氫氧化物攏為強鹼。

一八空空年,巴西化學家若澤 ・ 博尼法西奧 ・ 德 ・ 安德搝達佇瑞典的於特島上發現了透鋰長石(LiAlSi 四 O 十)毋過一直到一八一七年,當咧貝采里烏斯的實驗室做工課的約翰 ・ 奧古斯特 ・ 阿韋德松才咧分析透鋰長石的時陣發現一種新的元素。伊這種新元素形成的化合物佮鈉、鉀的化合物相𫝛;伊的碳酸鹽佮氫氧化物佇水中的溶解度比鈉、鉀的對應化合物低。貝采里烏斯將這一未知的材料號名 " _ lithion _ / _ lithina _ ",這名稱來自希臘語的 _ λιθoς _(_ lithos _,意為「岩石」)。 彼當時已經知的另外兩種鹼金屬中,鈉因為佇動物血液中含量豐富知名,鉀是佇植物火烌內底發現的,所以 lithos 這一名稱體現這種材料的獨特來源—— 礦石。貝采里烏斯將這材料中的金屬號名 " _ lithium _ " .

人類對遠古早時代開始就知影鈉的化合物矣。鹽食(氯化鈉)是人類活動的重要物資。羅馬歷史學家老普林尼佇伊的《博物志》海水部份的一位邊仔註中講著:「 佇羅馬…… 士兵的薪水曾經是食鹽,『 薪水』(salarium)這个詞就來自『鹽』(sal)」。受拉丁語影響的語言內底的「薪水」一詞多是 salarium 的變形,比如講英語中的 salary,義大利語佮西班牙話內底的 salario . 鈉的英文名 Sodium 來自蘇打(soda), 蘇打的名稱源自阿拉伯語的 _ suda _(صداع), 意為「頭殼疼」。 人真早知影碳酸鈉有解頭疼的功效,蘇打因此號名。一八空七年,漢裕萊 ・ 戴維用進前分離鉀的類似方法電解熔熔性鈉(氫氧化鈉), 頭擺將鈉分離出來。

對古早起人就使用白草柴烌矣,毋過伊的使用史的大部份時間內底,人並無了解草枋殕礦物鹽是完全無仝的物質。一七空二年,格奧爾格 ・ 恩斯特 ・ 斯塔爾得著一寡實驗證據,提出草料小烌和礦物鹽有本質上的精差,到甲一七三六年亨利 ・ 路易 ・ 杜默 ・ 德 ・ 孟梭證明這一差異。彼陣人猶閣毋知影鉀、鈉化合物的準確化學組成,嘛毋知鉀、鈉這兩種元素。所以,安托萬-洛朗 ・ 德 ・ 搝瓦節並無將鹼金屬收錄進伊一七八九年編制的元素表中。純鉀的頭擺分離發生佇一八空七年,由漢裕萊 ・ 戴維爵士佇咧英國完成。戴維用彼當陣新發明的伏拍電堆電解熔融的苛性鉀,得著這个元素。鉀是首个用電解法分離出的元素。仝年,戴維宣布用相𫝛的方法對苛性鈉中分離出金屬鈉,對來說明兩種元素佮相應化合物的本質差異。

ua-sá-bih

存在一八六一年由羅伯特 ・ 本生佮古斯塔夫 ・ 基爾霍夫佇德國的海德堡發現。本生佮基爾霍夫上早提出用光譜學方法走揣新的元素;𪜶用分光鏡分析鱗雲母礦石的時陣發現講。板的名 _ rubidium _ 來自拉丁語的 _ rubidus _,意為「大著」抑是「紅絳絳」,這名稱來自五十的發射光譜內底的光紅色譜線。鋪排的發現誠緊隨鈕仔發現,而且仝款是由本生佮基爾霍夫用分光鏡發現的。

ua-sá-bih

一八六O年,羅伯特 ・ 本生佮古斯塔夫 ・ 基爾霍夫佇德國巴德迪爾克海姆的礦泉水當中發現了響著。板的名 _ caesium _ 來自拉丁語的 _ caesius _,意為「天藍色」。 這名稱來自五十的發射光譜內底的藍色譜線。鋪佇本生佮基爾霍夫發明分光鏡干焦一年了後就予人發現,是頭一个通過光譜學方法發現的元素。

ua-sá-bih

一九三九年進前,第八十七號元素被錯誤或者無完整地發現至少四遍。一九三九年,居里研究所的瑪格麗特 ・ 佩里佇巴黎提純一份被-二百二十七項品的時陣真正發現矣鑿。ua-sá-bih-兩百二十七的衰變會當做二百二十  keV,毋過佩里發現其中一寡衰變粒仔的能量佇咧八十  keV。佩里認為這是一種進前無去予人分辨出的衰變產物,提純過程當中會當分出來,但是尾仔咧提純的後曲-兩百二十七中閣產生這款物質。後續的大量實驗證明這種未知的物質無可能是崩、ua-sá-bih、鉛、或者是錘,顯現出可鹼金屬相倚的化學性質(比如講和瑛鹽形成共沉底)。 佩里因為這種未知物是第八十七號元素,由赫-兩百二十七的 α 衰變產生。就是佩里試圖測定抹壁-兩百二十七中 α 衰變佮 β 衰變的比率。伊的第一改實驗測定的 α 衰變比率為百分之零被六,尾仔伊共這數值修正做百分之一。鋪是上尾一種佇自然界內底發現的元素。

共元素提起來(Eka-ua-sá-bih)

抹下跤的元素(Eka-Francium , 類似)極有可能是第一百十九號元素 Uue;然後相對論效應予這寡結論存在一寡無確定性。合成 Uue 的頭一擺試發生佇一九八五年:科學家佇美國加州伯克利的超重離子直線加速器(superHILAC)中用鈣-四十八轟擊曉-兩百五十四,結果無鑑別出任何原子。因為其收率的限制三百 nb。



$ \ , _ { 九十九 } ^ { 兩百五十四 } \ mathrm { Es } + \ , _ { 二十 } ^ { 四十八 } \ mathrm { Ca } \ to \ , _ { 一百十九个 } ^ { 三百空二 } \ mathrm { Uue } ^ { * } \ to $ 無原子這反應選擇兩百五十四 Es 做原料。兩百五十四 Es 的質量數大,半衰期相對較長(兩百七十工), 得著姓懸(數毫克), 所以定予人用來合做超重元素。毋過這一反應近期極無可能生 Uue 原子,因為足歹生產有夠濟的被-兩百五十四來製作一个 sài-sù 有夠大的靶,對而且共實驗的靈敏度提升到所的需級別。鋪猶未佇自然界內底發現,干焦會當佇實驗室製取。猶毋過,因為 Uue 是擴展元素週期表第八週期的第一个元素,未來極有可能用其他的反應來製取伊。德國達姆施塔特的 GSI 亥姆霍重離子研究中心當咧試驗用鋪核轟擊糊製取 Uue . 目前猶未發現位佇第八週期的元素;而且因為液滴無穩定性,檢采干焦原子序數較低第八週期的元素(原子序數低於一百二十八)佇物理上可能有一个存在的。比 Uue 閣較重的鹼金屬原子序數傷懸,因此猶未有合成咧試。

存在範圍

太陽系

奧濟-哈爾金斯規則說明:除氫以外,質子數為偶數的元素比質子數為奇數的元素閣較捷看—— 後者有無成對的質子,因為掠著另外一个質子,原子序數因此增加。三不五時仔原子數的元素中的質子攏為做對質子,自旋彼此抵消,予原子閣較穩定。所有的鹼金屬的原子序數攏是奇數,𪜶佇太陽系當中的豐度佇咧鄰近的兩族元素(慢性氣體佮鹼土金屬)。 抹了後的鹼金屬只會當佇超新星當中生成,袂當由恆星核合成得著,所以較重的鹼金屬較輕的鹼金屬罕有。鋰的豐度低於鈉、鉀,因為伊佇太初核合做佮恆星其實攏真少生—— 大爆炸只能生成痕量的鋰、硼佮硼,因為遮的元素欠缺穩定的五核子抑是八核子核種;啊若恆星核合成反應會通過三害去過程生成碳來通過這一罐頷頸。

地球

地球是由形成日頭的物質雲構成的,毋過佇咧太陽系的形成佮演化過程當中,行星得著無仝的組成。此外,地球的自然史致使地球某寡部份有無仝的元素分佈。地球質量大約是五允九八 × 一千空二十四 kg . 其中主要的成份是鐵仔(百分之三十二孵一,質量分數,下同), 氧(百分之三十配一), 矽(百分之十五孵一), 米(百分之十三石樵九), 硫(百分之二交九), 鎳(百分之一交八), 鈣(百分之一石五)以及 a-lú-mih(百分之一醃四); 另外的百分之一孵二為賰的所有的元素。因為質量層化,地球的核心區可能主要是由鐵構成(百分之八十八追八), 此外可能閣有鎳(百分之五孵八)、 硫(百分之四配五), 猶閣有賰百分之空九點的其他元素。

因為反應活性真懸的緣故,鹼金屬佇咧自然界無以單質的形式存在。𪜶屬於親石元素,真簡單佮氧結合,因為二氧化矽緊密關聯,形成袂沉入地球核心的低密度礦物,因為停佇地球表面附近。鉀、ua-sá-bih、鋪屬於地球化學中的無相容成份,因為𪜶的離子半徑大,袂當入去礦物內底的陽離子聚集區域。

鈉佮鉀佇塗肉中十分豐富。鈉佇地殼中的質量分數約做百分之二孵六,是地殼中豐度排佇第六的元素;鉀的質量分數大約是百分之一石頭五,排佇第七。足濟礦物內底攏有鈉,其中上捷看的是大量溶去海水內底食鹽(氯化鈉)。 足濟固態礦物內底嘛有含鈉,比如講岩鹽、角閃石、冰晶石、鈉石、滾石等。

鋰的反應活性相對較低,因為伊會當佇海水內底大量發現。根據估計鋰佇海水內面的質量分數大約是零劃一四~空九二五 ppm,若以體積莫爾濃度表示就是二十五 μM .

被的豐度佮鋅大抵相仝,比銅較懸,佇咧白榴石的時陣、榴石、光鹵石、鐵鋰雲母和透鋰長石內揣著。抹的豐度真低,但是並濟濟為人所熟似的元素(比如鎘、錫、ua-sá-bih、鎢)閣較懸。

ua-sá-bih-二百二十三是抹的唯一一種天然存在的同位素。伊是假影-兩百二十七的 α 衰變產物,佇鈾和柬的礦物當中極少量存在。佇鈾礦石內底,大概有一千空一十八个鈾原子才會出現一个磕原子。枋仔的半衰期極短,為著二十二分鐘;因此據估計地殼中上濟干焦三十  g 的被。

製備佮分離

製取純的鹼金屬較困難。鹼金屬的反應活性是誠懸,這致使𪜶真極易佮捷看的物質(譬如講水、空氣)反應,而且無法度用其他的元素來換製備。所以,鹼金屬只會當用電解一類的高能方法分離。鋰和鈉通常用電解熔熔融化物的方法獲得,為著降低熔點,通常會佇混合物中加氯化鈣。其他幾種較重的鹼金屬一般用還原劑(通常是米抑是鈣)還原的方法製備。用還原反應會當得著液態或氣態的鹼金屬,產物經分餾會當得著純化的鹼金屬。

鋰鹽著愛對礦物泉水內底、滷水池抑是滷水礦產生的滷水中提著。電解熔熔的氯化鋰和氯化鉀混合物,就會當得著金屬鋰。

鉀存在佇多種礦物當中,比如鉀石鹽(氯化鉀)等。有時仔會用分解氯化鉀來製取金屬鉀,但鉀閣較捷看著的製備方法是電解氫氧化鉀,和十九世紀尾二十世紀初製取鈉的方法類似。氫氧化鉀礦物廣泛存在佇加拿大、俄羅斯、白俄羅斯、德國、以色列、美國佮約旦遮的所在。含鉀礦物嘛會當對海水內底提。 鈉主要存在佇海水佮焦去的海床內底。這馬的製備方法是用唐士電解池電解,過程中會加入一寡鈣、ua-sá-bih、𫝏鹽,以將氯化鈉的熔點降至七百  °C 以下。超純鈉會通過疊氮化鈉分解製備。

佇二十世紀五空年代到六空年代的數年間,被主要對鹼金屬混合碳酸鹽(英語:Alkarb)中提。鹼金屬混合碳酸鹽是鉀生產過程一種副產物,包含百分之二十一的被,賰部份是鉀佮少量的交關。如今通常用分級結晶法將被和鉀、分開:將一種含清佮塗的礬(Cs , Rb)Al(SO 四)二 • 十二 H 二 O 經三十步反應處理,會當得著純淨的交礬,對遐進一步製取拍。學的生產方法有限,礦物豐度低,致使含著趨化合物的產量只有每年二到四噸。毋是製作並毋是用這反應分離製取的。鋪主要是對榴石礦內底提,有三種常見的提出去:酸消化、鹼分解以及直接還原。

ua-sá-bih-二百二十三是唯一一種存在佇咧自然界的同位素,由赫-兩百二十七的 α 衰變生做。根據計算地殼中上濟干焦三十 g 的被,足稀罕。所以講製造主要通過核反應製備:一百九十七的 Au + 十八 O → 兩百十一 Fr + 五 n,產物會當是邀請-兩百空九、ua-sá-bih-兩百十一、ua-sá-bih-二百十一 . 到今上大的一份板樣品含有三百 , 零个孵中性原子,合成方法正是描述的核反應。

所有的鹼金屬攏會當對矽酸的鹽當中用仝款的步數提著:首先用硫酸將 a-lú-mih 和所需要的鹼金屬對礦石內底溶出;溶液中加鹼將 a-lú-mih 離子以氫氧化 a-lú-mih 的形式坐底出來,將 a-lú-mih 佮鹼金屬分離。將賰的鹼金屬離子以碳酸鹽的形式選擇性沉底出來,才用鹽酸溶去沉底;濃縮所得溶液會使鹼金屬氯化物,共其電解即得鹼金屬。

應用

除分以外的鹼金屬攏有足濟種商業應用。鋰定予人用做電池材料,氧化鋰會當用來處理二氧化矽。鋰閣會當用來製作潤滑脂,來處理空氣,著 a-lú-mih 伊的生產嘛有輔助作用純鈉可用佇製作鈉燈,一種十分高效的光源;閣會當共提來光其他金屬的表面。鈉化合物嘛有十分廣泛的用途,比如常見的食鹽就是氯化鈉;定定用的雪文是鈉抑鉀的脂肪酸鹽。

鉀是植物重要的營養元素,所以鉀的化合物捷予人用做化肥。氫氧化鉀是一種強鹼,予人用來控制各種體系的 pH 值。

被和平常製作原子鐘。鋪原子鐘誠精確,若一台灣灣灣原子鐘對八千萬年前的恐龍時代開始運行到今仔日,伊的偏差袂超過四秒。所以講這寢頭仔予人用來定義「秒」單位。四常添加佇石油工業所用的軁井水底。鋪排去定定製作紫色焰火。

交易無商業應用,毋過允的原子結構是真簡單,因為佇光譜學實驗中有廣泛應用。被的光譜學研究會當提供和能階、次原子粒子間的被鋪合常數相關的光息。科學家研究雷射束縛的被-兩百十粒子發射的光,得著原子會當階躍遷徙的準確數據,佮量子論的預測相倚。

生物學作用佮防護

通常佇咧生物系統內面干焦有痕量的鋰。鋰無已經知的生物學作用,但是攝入鋰確實對身體有影響。精神病學當中定用逐工零烏有五到二克的碳酸鋰,做為精神穩定劑治療雙極性情感疾患(躁鬱症), 猶毋過這款治療有一寡副作用。攝入過量的鋰會致使戇膽、言語臭奶呆、掠兔仔等症狀,乃至引發中樞神經中毒。毋過治療躁鬱症的鋰用量干焦略低佇咧中毒劑量。鋰佇咧人體中的天然生物學功能尚待研究;猶毋過對生物化學特性、去予人處理的方式佮佇咧鳥鼠仔、羊仔身軀這實驗結果來看,鋰是一種必要的稀罕有元素。

鈉佮鉀存在佇一切已知影的生物學系統中,通常做為細胞內外的電解質佇咧。鈉是控制血容量、血壓、滲透平衡和 pH 的著愛營養素,人類對鈉的上細漢生理需求量為逐工五百毫克。氯化鈉—— 也就是俗稱的食鹽—— 是食物中主要的鈉源,用做調味品佮食物處理(比如講泡菜、臘肉)。 氯化鈉主要來自處理過的食物。鈉的 DRI 為逐工一刀五 g,毋過根據二空一空年的調查,中國城市居民平均逐工攝入的鈉相當於十三抹五 g 鹽食(五孵三一 g 鈉)。 若逐工攝入的鈉超過二嬸三克就會提懸患高血壓的機率。由鈉攝入過量致使的高血壓逐年佇全球致使七百六十萬例早逝。

鉀是細胞內底的主要陽離子,鈉是動物細胞外的主要陽離子。這兩種紮電粒仔的濃度差異致使著細胞內外的電勢差,也就是膜電勢。細胞膜兩爿的鈉鉀濃度平衡由細胞膜內底的離子-phuh咧維持。由鈉濃度差產生的膜電勢予細胞會當產生動作電位—— 一改急劇的細胞放電過程。細胞放電的能力是足濟種身體機能(神經傳導、筋肉收縮、心臟功能等)的基礎。

枋仔無明的學生物學作用,毋過凡勢有可能促進代謝。因為鉀、ua-sá-bih、枋的化學性質誠相𫝛,抹佮沙有可能取代身體的鉀離子引發低鉀血症,所以𪜶就是有小可仔少的毒性。真大多數人誠少攝入扁。攝入大量的交易會致使劇烈過敏和挽筋,毋過通常無可能通過自然途徑攝入這種劑量的增加,所以骨無屬於主要化學污染物。氯化又閣佇鳥鼠仔身上的 LD 五十為二孵三  g 每千克體重,佮氯化鉀、氯化鈉的 LD 五十相仿。一寡癌症替代的療法用氯化抹做治療的藥物,這款無經過科學證實的療法可能佮至少五十名患者的死亡有聯絡。抹的放射性同位素需要特外細膩處理,若對鋪-一百三十七喔 γ 放射源處理不當,可能致使這种放射性核種泄露,引發輻射傷害。上出名的例是一九八七年的戈亞尼亞事故:巴西戈亞尼亞的一位廢品堆積場內底掃出一台放療儀,這台放療儀屬於一家廢棄的診所,未經妥善處理。放療儀中發光的鹽予人賣去好奇閣欠缺教育的買厝。事件造成四个人死亡佮大量的輻射傷害。ua-sá-bih-一百三十七是車諾比核事故釋放的著健康威脅上大的四种放射性同位素之一(另外三種是假影-一百三十四、碘-一百三十一佮孵-九十)。

學習無生物學功能。其強放射性可能引發輻射中毒,所以講鋪真可能有毒。毋過到今為止上大的被樣品干焦大約三百 , 零个中性糊原子,所以真濟人無可能攝入扁。

參看

  • 元素週期表
  • 元素的族
  • 鹼化物

註解

參考文獻