堿金屬均可以與水反應(yīng)。鋰在反應(yīng)中不熔化,鈉與水反應(yīng)劇烈,反應(yīng)放出的熱使鈉熔化成小球。鉀與水的反應(yīng)更劇烈,產(chǎn)生的氫氣能燃燒,銣、銫與水劇烈反應(yīng)并發(fā)生爆炸。
堿土金屬也均可以與水反應(yīng)。鈹能與水蒸氣反應(yīng),鎂能將熱水分解,而鈣、鍶、鋇與冷水就能比較劇烈地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
由此可知堿金屬和堿土金屬均為活潑金屬,都是強(qiáng)還原劑;在同一族中,金屬的活潑性由上而下逐漸增強(qiáng);在同一周期中從左到右金屬活潑性逐漸減弱。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì),鋰的活潑性應(yīng)比銫更大,但實(shí)際上與水反應(yīng)還不如鈉劇烈。這是因?yàn)椋?)鋰的熔點(diǎn)較高,反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱量不足以使它熔化,而鈉與水反應(yīng)時(shí)放出的熱可以使鈉熔化,因而固體鋰與水接觸的機(jī)會(huì)不如液態(tài)鈉;(2)反應(yīng)產(chǎn)物L(fēng)iOH的溶解度較小,它覆蓋在鋰的表面,阻礙反應(yīng)的進(jìn)行。
上述堿金屬和堿土金屬的活潑性及其變化規(guī)律,還表現(xiàn)在它們?cè)诳諝庵卸既菀缀脱趸稀A金屬在室溫下能迅速地與空氣中的氧反應(yīng),所以堿金屬在空氣中放置一段時(shí)間后,金屬表面就生成一層氧化物,在鋰的表面上,除生成氧化物外還有氮化物。鈉、鉀在空氣中稍微加熱就燃燒起來(lái),而銣和銫在室溫下遇空氣就立即燃燒。
4Li+O2=2Li2O
6Li+N2=2Li3N
4Na+O2=2Na2O
它們的氧化物在空氣中易吸牧二氧化碳形成碳酸鹽:
Na2O+CO2=Na2CO3
因此堿金屬應(yīng)存放在煤油中。鋰因密度最小,可以浮在煤油上,所以將其浸在液體石蠟或封存在固體石臘中。
堿土金屬活潑性略差,室溫下這些金屬表面緩慢生成氧化膜。
在高溫時(shí)堿金屬和堿士金屬還能存取某些氧化物中的氧,如鎂可使SiO2的硅還原成單質(zhì)硅,或奪取氯化物中的氯,如金屬鈉可以從TiCl4中置換出金屬鈦。
SiO2+2Mg=Si+2MgO
TiCl4+4Na=Ti+4NaCl
堿金屬最有興趣的性質(zhì)之一是它們?cè)谝喊敝斜憩F(xiàn)的性質(zhì)。堿金屬的液氨稀溶液呈藍(lán)色,隨堿金屬溶解量的增加,溶液的顏色變深。當(dāng)此溶液鈉的濃度超過(guò)1mol·L-1以后,就在原來(lái)深藍(lán)色溶液之上出現(xiàn)一個(gè)青銅色的新相。再添加堿金屬,溶液就由藍(lán)色變?yōu)榍嚆~色。如將溶液蒸發(fā),又可以重新得堿金屬。
根據(jù)研究認(rèn)為:在堿金屬的稀氨溶液中堿金屬離解生成堿金屬正離子和溶劑合電子:
M(s)+(x+y)NH3(l) ?M(NH3)x++e(NH3)y-
因?yàn)殡x解生成氨合陽(yáng)離子和氨合電子,所以溶液有導(dǎo)電性。具有高導(dǎo)電性主要是由于有溶劑合電子存在。溶液中因含有大量未成對(duì)的電子,因此是順磁性的。
痕量雜質(zhì)如過(guò)渡金屬的鹽類、氧化物和氫氧化物的存在,以及光化作用都能促進(jìn)溶液中的堿金屬和液氨之間發(fā)生反應(yīng)而生成氨基化物:
Na+NH3(l)=NaNH2+1/2H2
鈣、鍶、鋇也能溶于液氨生成和堿金屬液氨溶液相似的藍(lán)色溶液。與鈉相比,它們?nèi)艿靡?,量也少些?/span>
堿金屬液氨溶液中的溶劑合電子是一種很強(qiáng)的還原劑。它們廣泛應(yīng)用在無(wú)機(jī)和有機(jī)制備中。
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