什么是堿金屬
編輯堿金屬由化學元素鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、和鈁(Fr)組成。它們與氫一起構成第1組,位于元素周期表的s區。所有堿金屬在s軌道中都有它們的最外層電子:這種共享的電子配置導致它們具有非常相似的特性。事實上,堿金屬提供了元素周期表中屬性群趨勢的最佳示例,元素表現出良好表征的同源行為。該元素族因其主導元素而被稱為鋰族。
堿金屬在標準溫度和壓力下都是有光澤、柔軟、高活性的金屬,很容易失去最外層的電子,形成帶+1電荷的陽離子。由于它們的柔軟性,它們都可以用刀輕松切割,露出閃亮的表面,由于大氣水分和氧氣(在鋰的情況下,氮氣)的氧化,在空氣中迅速失去光澤。由于它們的高反應性,它們必須儲存在油中以防止與空氣發生反應,并且僅天然存在于鹽中并且從不作為自由元素。銫是第五種堿金屬,是所有金屬中最活潑的。所有堿金屬都與水反應,較重的堿金屬比較輕的堿金屬反應更劇烈。
所有已發現的堿金屬都以其化合物的形式存在于自然界中:按豐度排列,鈉含量最多,其次是鉀、鋰、銣、銫,最后是鈁,鈁因其極高的放射性而非常稀有;鈁在自然界中僅作為自然衰變鏈中一些不起眼的分支的中間步驟而以微量存在。已經進行了實驗以嘗試合成ununennium(Uue),它很可能是該組的下一個成員;沒有一個是成功的。然而,由于相對論效應,ununennium可能不是堿金屬,據預測,相對論效應會對化學性質產生很大影響超重元素;即使它確實是一種堿金屬,預計它的物理和化學性質與其較輕的同系物會有一些差異。
大多數堿金屬有許多不同的應用。純元素最著名的應用之一是在原子鐘中使用銣和銫,其中銫原子鐘構成了第二個原子鐘的基礎。鈉化合物的一個常見應用是鈉蒸汽燈,它可以非常有效地發光。自古以來就使用食鹽或氯化鈉。鋰可用作精神藥物和鋰電池的陽極。鈉和鉀也是必需元素,作為電解質具有重要的生物學作用。,雖然其他堿金屬不是必需的,但它們對身體也有各種影響,有利也有弊。
周期性趨勢
堿金屬彼此之間比任何其他組中的元素彼此之間更相似。例如,當向下移動時,所有已知的堿金屬都顯示出增加的原子半徑,降低的電負性,增加的反應性,和降低的熔點和沸點以及熱聚變和蒸發。:75一般來說,它們的密度會隨著桌子向下移動而增加,但鉀的密度低于鈉的密度除外。
原子和離子半徑
堿金屬的原子半徑沿基團向下增加。由于屏蔽效應,當一個原子具有多個電子殼時,每個電子都會感受到來自其他電子的電排斥以及來自原子核的電吸引力。在堿金屬中,最外層的電子只感覺到+1的凈電荷,因為一些核電荷(等于原子序數)被內部電子抵消;堿金屬的內電子數總是比核電荷少一。因此,影響堿金屬原子半徑的xxx因素是電子層數。由于這個數字在組中增加,原子半徑也必須在組中增加。
堿金屬的離子半徑遠小于它們的原子半徑。這是因為堿金屬的最外層電子與內層電子位于不同的電子殼層中,因此當它被移除時,生成的原子具有更少的電子殼層并且更小。此外,有效核電荷增加,因此電子被更強烈地吸引向核,離子半徑減小。
xxx電離能
元素或分子的xxx電離能是從元素或分子的一摩爾氣態原子移動最松散保持的電子以形成一摩爾帶電荷+1的氣態離子所需的能量。影響xxx電離能的因素是核電荷、內層電子的屏蔽量以及與原子核最松散的電子的距離,原子核始終是主族元素中的外層電子.前兩個因素改變了最松散電子感受的有效核電荷。由于堿金屬的最外層電子總是感受到相同的有效核電荷(+1),因此影響xxx電離能的xxx因素是最外層電子到原子核的距離。由于該距離沿基團向下增加,因此最外層電子感受到來自原子核的吸引力較小,因此xxx電離能降低。(這種趨勢在鈁中被打破,由于相對論7s軌道的穩定和收縮,使鈁的價電子比非相對論計算所預期的更接近原子核。這使得鈁的最外層電子感受到更多來自原子核的吸引力,使其xxx次電離能略高于銫。):1729
堿金屬的第二個電離能遠高于xxx個,因為第二個最松散的電子是完全填充的電子殼的一部分,因此難以去除。
反應性
堿金屬的反應性隨著組的下降而增加。這是兩個因素結合的結果:堿金屬的xxx電離能和原子化能。由于堿金屬的xxx電離能沿基團降低,最外層的電子更容易從原子中脫離并參與化學反應,從而提高基團的反應性。原子化能量測量元素金屬鍵的強度,隨著原子半徑的增加,金屬鍵的強度下降,因此金屬鍵的長度必須增加,從而使離域電子遠離較重的堿金屬原子核的吸引力。將原子化能量和xxx電離能量相加得到與堿金屬與另一種物質反應的活化能密切相關(但不等于)的量。這個數量隨著組的下降而減少,活化能也是如此。因此,化學反應可以更快地發生,并且反應性會隨著組的增加而增加。
電負性
電負性是一種化學性質,描述了原子或官能團將電子(或電子密度)吸引到自身的趨勢。如果氯化鈉中的鈉和氯之間的鍵是共價鍵,則共享電子對將被氯吸引,因為外部電子上的有效核電荷在氯中為+7,但在鈉中僅為+1。電子對被如此靠近氯原子吸引,以至于它們實際上被轉移到氯原子(離子鍵)。但是,如果鈉原子被鋰原子取代,電子將不會像以前那樣被吸引到氯原子附近,因為鋰原子更小,從而使電子對更強烈地被來自鋰的更接近的有效核電荷吸引。因此,較大的堿金屬原子(在基團的下方)將具有較小的負電性,因為鍵對對它們的吸引力較小。如前所述,預計鈁是一個例外。
由于鋰的電負性較高,它的一些化合物具有更多的共價特性。例如,碘化鋰(LiI)會溶解在有機溶劑中,這是大多數共價化合物的特性。氟化鋰(LiF)是xxx不溶于水的堿金屬鹵化物,氫氧化鋰(LiOH)是xxx不潮解的堿金屬氫氧化物。
熔點和沸點
物質的熔點是它從固態變為液態的點,而物質的沸點(液態)是液體的蒸氣壓等于液體周圍環境壓力的點,所有的液體都變成了氣體。當金屬被加熱到其熔點時,將原子保持在適當位置的金屬鍵會減弱,因此原子可以四處移動,金屬鍵最終會在金屬的沸點完全斷裂。因此,堿金屬的熔點和沸點下降表明堿金屬的金屬鍵強度沿基團下降。這是因為金屬原子通過從正離子到離域電子的電磁吸引力保持在一起。隨著原子在基團中的尺寸增加(因為它們的原子半徑增加),離子的原子核進一步遠離離域電子,因此金屬鍵變得更弱,因此金屬更容易熔化和沸騰,從而降低熔點和沸點。(由于屏蔽效應,增加的核電荷不是相關因素。)
密度
堿金屬都具有相同的晶體結構(體心立方)因此,xxx相關的因素是可以適合某個體積的原子數量和其中一個原子的質量,因為密度被定義為每單位體積的質量。xxx個因素取決于原子的體積,因此原子半徑會隨著基團的增加而增加;因此,堿金屬原子的體積隨著基團的下降而增加。堿金屬原子的質量也隨著基團的下降而增加。因此,堿金屬的密度趨勢取決于它們的原子量和原子半徑;如果這兩個因素的數字已知,則可以計算出堿金屬密度之間的比率。由此產生的趨勢是堿金屬的密度逐漸增加,但鉀除外。鋰、鈉和鉀是元素周期表中僅有的三種密度小于水的金屬:事實上,鋰是已知室溫下密度最小的固體。
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