碱金属元素物理性质

碱金属元素单质(左～右为锂～铯)碱金属单质皆为具金属光泽的银白色金属，但暴露在空气中会因氧气的氧化作用生成氧化物膜使光泽度下降，呈现灰色，碱金属单质的密度小于2g·cm^-3，是典型的轻金属，锂、钠、钾能浮在水上，锂甚至能浮在煤油中；碱金属单质的晶体结构均为体心立方堆积，堆积密度小，莫氏硬度小于2，质软，导电、导热性能极佳。碱金属单质都能与汞（Hg）形成合金(汞齐)。[1]

化学性质

碱金属单质的标准电极电势很小，具有很强的反应活性，能直接与很多非金属元素形成离子化合物，与水反应生成氢气，能还原许多盐类（比如四氯化钛），除锂外，所有碱金属单质都不能和氮气直接化合。

与水反应

2Li+2H2O==2LiOH+H2(g)

2Na+2H2O==2NaOH+H2(g)

2K+2H2O==2KOH+H2(g)

与氧气反应

4Li（s）+O₂（g）——→2Li2O（s）

2Na（s）+O₂（g）——→Na2O₂（s）

M（s）+O₂（g）——→MO2（s）M=K、Rb、Cs

与卤素（X）反应

2M（s）+X₂（g）——→2MX（s）

与氢气（H₂）反应

2M（s）+H₂（g）——→2MH（s）

与硫反应

2M（s）+S（s）——→M2S（s）

与磷反应

3M（s）+P（s）——→M3P（s）

锂与氮气反应

6Li（s）+N2（s）——→2Li3N（s）

焰色反应（物理性质）

碱金属离子及其挥发性化合物在无色火焰中燃烧时会显现出独特的颜色，这可以用来鉴定碱金属离子的存在，锂、铷、铯也是这样被化学家发现的，电子跃迁可以解释焰色反应，碱金属离子的吸收光谱落在可见光区，因而出现了标志性颜色。

除了鉴定外，焰色反应还可以用于制造焰火和信号弹。

碱金属（alkali metal）指的是元素周期表ⅠA族元素中所有的金属元素，目前共计锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）、钫（Fr）六种，前五种存在于自然界，钫只能由核反应产生。碱金属是金属性很强的元素，其单质也是典型的金属，表现出较强的导电、导热性。碱金属的单质反应活性高，在自然状态下只以盐类存在，钾、钠是海洋中的常量元素，在生物体中也有重要作用；其余的则属于轻稀有金属元素，在地壳中的含量十分稀少：

碱金属除铯以外都是银白色的（Cs略带金色光泽素），质软的，化学性质活泼的金属，密度小，熔点和沸点都比较低。他们生成化合物的几乎都是正一价阳离子（在碱化物中，碱金属会以负一价阴离子的方式出现）。碱金属原子失去电子变为离子时最外层一般是8个电子，但锂离子最外层只有2个电子。电子构型通式为ns1。

因为碱金属最外层只有1个电子，所以碱金属都能和水发生激烈的反应，生成强碱性的氢氧化物，并随相对原子质量增大反应能力越强。在氢气中，碱金属都生成白色粉末状的氢化物。碱金属都可在氯气中燃烧。由于碱金属化学性质都很活泼，为了防止与空气中的水发生反应，一般将他们放在煤油或石蜡中保存。

氢虽然是第1族元素，但它在普通状况下是双原子气体，不会呈金属状态，也不属于碱金属。只有在极端情况下（1.4兆大气压力），电子可在不同氢原子之间流动，变成金属氢。有些在液氨中会形成电子盐。

Be原子的价电子层结构为2s，它的原子半径为89pm，Be离子半径 为31pm，Be的电负性为1.57。铍由于原子半径和离子半径特别小(不仅小于同族的其它元素，还小于碱金属元素)，电负性又相对较高(不仅高于碱金属元素，也高于同族其它各元素)，所以铍形成共价键的倾向比较显著，不像同族其它元素主要形成离子型化合物。因此铍常表现出不同于同族其它元素的反常性质。(1)铍由于表面易形成致密的保护膜而不与水作用，而同族其它金属镁、钙、锶、钡均易与水反应。(2)氢氧化铍是两性的，而同族其它元素的氢氧化物均是中强碱或强碱性的。(3)铍盐强烈地水解生成四面体型的离子[Be(H₂O)₂]，Be-O键很强，这就削弱了O-H键，因此水合铍离子有失去质子的倾向:因此铍盐在纯水中是酸性的。而同族其它元素(镁除外)的盐均没有水解作用。

镁是一种轻质有延展性的银白色金属。在宇宙中含量第八，在地壳中含量第七。密度1.74克/厘米，熔点648.8℃。沸点1107℃。化合价+2，电离能7.646电子伏特，是轻金属之一，具有展性，能与热水反应放出氢气，燃烧时能产生眩目的白光，许多金属是用热还原其盐和氧化物来制备。金属镁能与大多数非金属和差不多所有的酸化合，大多数碱，以及包括烃、醛、醇、酚、胺、脂、酯和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微地或者根本不起作用。

元素原子量40.08，银白色的轻金属。质软。密度1.54克/厘米。熔 点839±2℃。沸点1484℃。化合价+2。电离能6.113电子伏特。化学性质活泼，能与水、酸反应，有氢气产生。在空气在其表面会形成一层氧化物和氮化物薄膜，以防止继续受到腐蚀。加热时，几乎能还原所有的金属氧化物。

钙元素在自然界分布广，以化合物的形态存在，如石灰石、白垩、大理石、石膏、磷灰石等;也存在于血浆和骨骼中，并参与凝血和肌肉的收缩过程。金属钙可由电解熔融的氯化钙而制得;也可用金属在真空中还原石灰，再经蒸馏而获得。钙用来作合金的脱氧剂，以及油类的脱水剂等。

元素原子量87.62，银白色软金属。密度2.6克/厘米。熔点769℃。 沸点1384℃。化合价+2。第一电离能5.695电子伏特。化学性质活泼，于空气中加热时能燃烧;易与水和酸作用而放出氢;在到熔点时即燃烧而呈红色火焰。 1808年，英国的克劳福特和戴维先后由铅矿和锶矿中发现了锶。

锶是碱土金属中丰度最小的元素。主要的矿物有天青石和碳酸锶矿。可由电解熔融的氯化锶而制得。用于制造合金、光电管，以及分析化学、烟火等。质量数90的锶是一种放射性同位素，可作β射线放射源，半衰期为25年。

元素原子量137.3，银白色金属，略具光泽，有延展性。密度3.51克 /厘米。熔点725℃。沸点1640℃。化合价+2。电离能5.212电子伏特。化学性质相当活泼，能与大多数非金属反应，在高温及氧中燃烧会生成过氧化物BaO2。易氧化，能与水作用，生成氢氧化物和氢;溶于酸，生成盐，钡盐除硫酸钡外都有毒。1808年，英国的戴维，用汞作阴极，电解由重晶石制得的电解质，蒸去汞，而制得钡。

自然界中有重晶石和碳酸钡矿。可由熔融的氯化钡在氯化铵存在下电解而制得。钡用于制钡盐、合金、焰火等;也是精制炼铜时的优良去氧剂。

元素原子量:226，密度6.0克/立方厘米(20℃)。熔点700℃，沸点 约1140℃。银白色有光泽的软金属。在空气中不稳定，易与空气中氮和氧化合。与水作用放出氢气，生成氢氧化镭Ra(OH)2。溶于稀酸。化学性质与钡十分相似;所有镭盐与相应的钡盐是同晶型的。镭能生成仅微溶于水的硫酸盐、碳酸盐、铬酸盐、碘酸盐;镭的氯化物、溴化物、氢氧化物溶于水。已知镭有13种同位素，226Ra半衰期最长，为1622年。

1898年，由玛丽·居里(Marie Curie)和皮尔·居里(Pierre Curie)发现。1910年，居里夫人和德比恩电解纯的氯化镭溶液，用汞作阴极，先得镭汞齐，然后蒸馏去汞，获得金属镭。镭存在于多种矿石和矿泉中，但含量极稀少，较多的来源于沥青铀矿中。在处理沥青铀矿提取铀时，镭经常与钡一起在不溶于酸的残渣中以硫酸盐形式回收，提纯获得。镭能放射出α和γ两种射线，并生成放射性气体氡。镭放出的射线能破坏、杀死细胞和细菌。因此，常用来治疗癌症等。此外，镭盐与铍粉的混合制剂，可作中子放射源，用来探测石油资源、岩石组成等。

第一主族(除H)为碱金属元素，第二主族为碱土金属元素。第三副族到第二副族为过渡金属，过渡金属一般密度较大，熔沸点较高，有较好的导电、导热、延展性和耐腐蚀性。过渡金属的化合物及其溶液大多带有颜色。