堿金屬和堿土金屬的重要物理性質(zhì)列于表17-3中:
表17-3 堿金屬和堿土金屬的物理性質(zhì)
單質(zhì) 性質(zhì) |
鋰 | 鈉 | 鉀 | 銣 | 銫 | 鈹 | 鎂 | 鈣 | 鍶 | 鋇 |
密度/g·cm-3(293K) | 0.534 | 0.971 | 0.862 | 1.532 | 1.873 | 1.848 | 1.738 | 1.55 | 2.54 | 3.5 |
熔點(diǎn)/K | 453.54 | 370.81 | 336.65 | 311.89 | 301.4 | 1551 | 921.8 | 1112 | 1042 | 998 |
沸點(diǎn)/K | 1615 | 1155.9 | 1032.9 | 959 | 942.3 | 3243 | 1363 | 1757 | 1657 | 1913 |
硬度 | 0.6 | 0.4 | 0.5 | 0.3 | 0.2 | — | 2.0 | 1.5 | 1.8 | — |
電導(dǎo)性(Hg=1) | 11.2 | 20.8 | 13.6 | 7.7 | 4.8 | 5.2 | 21.4 | 20.8 | 4.2 | — |
堿金屬和堿土金屬單質(zhì)除鈹呈鋼灰色外,其它都具有銀白色光澤。堿金屬具有密度小、硬度小,熔點(diǎn)低、導(dǎo)電性強(qiáng)的特點(diǎn),是典型的輕金屬。堿土金屬的密度,熔點(diǎn)和沸點(diǎn)則較堿金屬為高。
Li、Na、K都比水輕,最輕的是鋰,它的密度約為水的一半。堿土金屬的密度稍大些,但鋇的密度比常見(jiàn)金屬如Cu、Zn、Fe還小得多。ⅠA、ⅡA族金屬單質(zhì)之所以比較輕,是因?yàn)樗鼈冊(cè)谕恢芷诶锉认鄳?yīng)的其它元素原子量較小,而原子半徑較大的緣故。
由于堿金屬的硬度小,所以鈉、鉀都可以用刀切割。切割后的新鮮表面可以看到銀白色的金屬光澤,接觸空氣以后,由于生成氧化物、氮化物和碳酸鹽的外殼,顏色變暗。堿金屬具有良好的導(dǎo)電性。堿金屬(特別是鉀、銣、銫)在光照之下,能夠放出電子,對(duì)光特別靈敏的是銫,是制造光電池的良好材料。銣、銫可用于制造最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)儀器——銣、銫原子鐘。1967年正式規(guī)定用銫原子鐘所定的秒為新的國(guó)際時(shí)間單位。
堿金屬在常溫下能形成液態(tài)合金(77.2%K和22.8%Na,熔點(diǎn)260.7K)和鈉汞齊(熔點(diǎn)236.2K),前者由于具有較高的比熱和較寬的液化范圍而被用作核反應(yīng)堆的冷卻劑,后者由于具有緩和的還原性而常在有機(jī)合成中用作還原劑。鈉在實(shí)驗(yàn)室中常用來(lái)除去殘留在各種有機(jī)溶劑中的微量水分。
鋰的用途愈來(lái)愈廣泛,如鋰和鋰合金是一種理想的高能燃料。鋰電池是一種高能電池。LiBH4是一種很好的貯氫材料。鋰在核動(dòng)力技術(shù)中將起重要作用,63Li、73Li被中子轟擊都可得到氚,63Li與氘可以進(jìn)行熱核反應(yīng)。受控?zé)岷司圩兎磻?yīng)堆可以用氘和鋰作為燃料。
堿土金屬中實(shí)際用途較大的是鎂。鎂在冶金中制備密度小、硬度大、韌性高的鎂鋁合金(含10~30%的鎂)和電子合金(約含90%的鎂,其余為鋁、鋅、錳)用于制造飛機(jī)和汽車(chē)。鈹作為新興材料日益被重視。薄的鈹片易被X射線穿過(guò),是制造X射線管小窗不可取代的材料。鈹是核反應(yīng)堆中最好的中子反射劑和減速劑之一。鈹有密度小、比熱大、導(dǎo)熱性好、剛度大等優(yōu)良性能,使它在導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇宙飛船等方面得到廣泛應(yīng)用。鈹青銅(含約2.5%的鈹)強(qiáng)度大、硬度高、彈性和抗腐蝕性好,可用于制彈簧、外科醫(yī)療器械等。
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