发布日期[2021/07/08]
一、元素综述
元素周期系的IA族包括锂、钠、钾、铷、铯、钫6种元素,这些金属的氢氧化物都是强碱,故称该族元素为碱金属。钠和钾为生命必需元素。
元素周期系的IIA族包括铍、镁、钙、锶、钡、镭6种元素,这些金属又称为碱土金属,原因是钙、锶、钡的氧化物性质介于“碱性的”碱金属氧化物和“土性的”氧化铝之间。镁和钙都是生命必需元素。叶绿素中含有镁,镁对植物的光合作用至关重要;镁是许多酶的激活剂,DNA的复制和蛋白质的合成都需要镁。钙是组成动物牙齿和骨骼的重要成分。
钠、钾、镁、钙、锶、钡在地壳中的含量丰富,钙元素的丰度在地球上排第5位,钠的丰度排第6位,镁的丰度排第7位,钾的丰度排第8位。锂、铍、铷、铯含量很低,属于稀有金属。第七周期的钫和镭属于放射性元素,它们的性质可以从其在周期表中的位置推知。
1.锂的重要矿物为锂辉石(LiAlSi2O6)和磷铝石{LiAl(F,OH)PO4}。锂在地壳中的质量分数为2.0*10^-3%,由瑞典人阿尔费德森(Arfvedson)于1817 年在斯德哥尔摩发现。锂可用来制造低密度合金和锂电池,Li2CO3可作为药物治疗狂躁型抑郁症,有机锂化合物是有机合成的重要试剂。
2.钠大量存在于海水中,海水中氧化钠的含量约为1.05%。钠的矿物主要有钠长石(NaAISi3O8)、岩盐(NaCI)、硝石(NaNO3)等。钠在地壳中的质量分数为2.3%。食盐是人们日常生活的必需品,也是无机化学工业的重要原料。
3.钾的矿物主要有光卤石(KCI•MgCl2•6H2O)天然氯化钾(KCl)、钾长石(KAISi3O8)等。钾在地壳中的质量分数为2.1%。钾是植物生长的必需元素,钾盐大部分用来作肥料。KNO3和KCIO4用于生产炸药钠和钾由英国人戴维(Davy)于1807年在伦敦分别用电解熔融的氢氧化钠和氢氧化钾的方法分离出来。
4.铷与其他矿物共生,例如在生产锂的某些副产物中含有铷。铷与锂、钾等元素混生,在地壳中的质量分数为9.0*10^-3%。
5.铯的主要存在形式为铯榴石{(Cs,Na)4Al4Si9O26•H2O},生产锂的副产物也是铯的主要来源。铯在地壳中的质量分数为3.0*10^-4% 铷由德国人本生(Bunsen)和德国人基尔霍夫(Kirchhoff)于1861年在德国的海德堡大学发现,在此之前一年他们发现了他铯。这两种元素都是借助他们发明的原子光谱技术发现的。金属铯由于其第一电离能极小,可用来制作光电管的阴极。
6.钫为放射性元素。钫是由法国女科学家佩里(Perey)于1939 年在法国的巴黎发现,元素钫“Francium”是以她的祖国法国“France”而命名的。
7.铍由法国人沃克兰(Vauquelin)于1798 年发现,其最重要矿物是绿柱石(Be3Al2Si6O18),若其中含有2%的Cr即为祖母绿——一种极名贵的宝石。铍在地壳中的质量分数为2.6*10^-4% 铍的主要用途是与铜和镍形成高强度合金。
8.镁在1808年由戴维首先分离出单质。镁在地壳中的质量分数为2.3%。镁的矿物极其丰富,如白云石(MgCO3•CaCO3)、菱镁矿(MgCO3)、泻盐( MgSO4•7H2O)、光卤石(KCl•MgCl2•6H2O)等。镁主要用作轻质合金,镁合金在航天器材、汽车发动机、光学设备的生产制造等方面都有重要应用;格氏试剂是有机合成中镁的重要试剂。
9.钙亦由戴维于1808年分离出来。(戴维闲的没事就喜欢电东西⚡⚡)钙在地壳中的质量分数为4.1%。钙的重要矿物有方解石(CaCO3)、石膏(CaSO4•2H2O)、萤石(CaF2)、磷灰石{Ca5(PO4)3F},珊瑚、贝壳和珍珠的主要成分也是CaCO3。
10.锶由爱尔兰人克劳福德(Crawford)于1790 年发现,1808年由戴维分离出来。锶在地壳中的质量分数为3.7*10^-2%,其最重要的矿物是天青石(SrSO4)和菱锶矿(SrCO3)。
11.钡由戴维于1808年分离出来。钡在地壳中的质量分数为5.0*10^-2%。钡的重要矿物有重晶石(BaSO4)和毒重石(BaCO3)。
12.居里夫妇于1898年发现具有强放射性的元素镭,经过处理若干吨沥青铀矿,1902年他们分离出极少量纯RaCl2和金属Ra。镭是放射性元素,产生于铀的衰变过程中,丰度极低,与铀共生且在共生矿中含量也极低,处理10t矿石只能获得1mg镭。
13.这两族元素的许多性质变化都是很有规律的。例如,在同一族内,从上到下原子半径依次增大,电离能和电负性依次减小,从而金属的活泼性从上到下依次增强。
其中,锂和铍的原子半径和离子半径很小,与同族其他元素相比,锂和铍具有一些特殊性。例如,它们在形成化合物时化学键的共价倾向比较显著。
碱金属和碱土金属的价层电子构型分别为ns1和ns2失去价电子后形成具有稀有气体电子结构的稳定离子,因而都是极其活泼的金属。碱金属具有稳定的+1氧化态,而碱土金属则具有稳定的+2 氧化态。
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