硷金属元素的价层电子结构为ns1。由于每一个週期都是从硷金属元素开始的,因此硷金属元素的原子都比前一週期元素的原子多了一个电子层,它们的原子半径在同一週期中都是最大的。硷金属原子的次外层具有惰性气体原子的稳定电子层结构,对核电荷的遮蔽效应较大,所以它们的第一游离能在同一週期中是最小的。
硷金属原子很容易失去一个电子而呈+1氧化数,低游离能和低电负度使硷金属元素的金属性很强。从硷金属元素具有很大的第二游离能来看,它们不会失去第二个电子,因此不会表现出其他氧化数。
硷金属元素和硷土金属元素在与非金属元素化合时,虽然多以形成离子键为主,但在某些情况下仍呈现出一定程度的共价性。锂和铍元素由于原子半径小,游离能较其他同族元素高,所以形成共价键的倾向比较显着(少数镁的化合物也是共价性较强);常常表现出与同族其他元素不同的化学性质。在同一族中,硷金属元素和硷土金属元素从上至下,原子半径依次增大,游离能和电负度依次减小,金属活泼性依次增强。
硷金属元素和硷土金属元素的金属性很强,只能以化合物的形式存在于自然界中。钙、钠、钾和镁元素在地壳中的丰度均很高,而锂、铍、铷、铯含量很低属于稀有金属,鍅和镭则为放射性元素。
硷金属和硷土金属都具有金属光泽,有良好的导电性和延展性。除了铍和镁单质以外,其他硷金属和硷土金属都很软,可以用刀子切割。金属锂、钠和钾的密度小于1g /cm3,比水的密度小,会浮在水面上。硷金属元素的原子只有一个价电子,且原子半径较大,故形成的金属键很弱,因此,硷金属单质的熔点、沸点较低。其中铯的熔点最低,只有28. 44℃,是熔点略高于汞的低熔点金属。
金属铯中的自由电子活性极大,当其表面受到光照时,电子便获得能量从表面逸出,利用这种特性,铯被用来製作光电管中的阴极。硷土金属元素的原子有2个价电子,与同周期的硷金族相比,金属键较强,因此硷土族金属的熔点、沸点、密度和硬度都比硷金族高。
化学性质方面,硷金属和硷土金属都是很活泼的金属,它们都能与大多数非金属反应。如它们极易在空气中燃烧。在硷金属和硷土金属中,除金属铍和镁由于表面形成一层緻密的保护膜对水稳定外,其他金属单质都容易与水发生反应形成稳定的氢氧化物,这些氢氧化物大多是强硷,例如:NaOH、Ca(OH)2。这些反应放出大量的热,因此金属钠与水发生剧烈作用;金属钾、铷、铯遇水则会燃烧甚至发生爆炸。金属锂、钙、锶和钡与水反应比较缓慢,其原因是这几种金属的熔点较高,反应中放出的热,不足以使它们熔化成液体;另外这几种金属元素的氢氧化物的溶解度较小,它们覆盖在金属固体表面,使金属与水的反应速率降低。
硷金属元素和硷土金属元素化合物在高温火焰中,可以发出特定的颜色,这种现象称为焰色反应。金属原子的外围电子受高温火焰的激发而跃迁到较高能阶轨域上,当电子从高能阶返回到低能阶时,就会发射出特定波长(频率)的光束,使火焰呈现出它们的特徵焰色:锂为深红色;钠为黄色、钾为紫色、铷为紫红色、铯为蓝色、钙为砖红色、锶为红色、钡为绿色。
硷金属元素和硷土金属化合物大多数是离子型化合物。它们的离子易和水分子结合成稳定的水合离子:M+(aq)和M2+(aq)而且都是无色的。硷金属离子与同週期的硷土金属离子相比,有较大的离子半径和较小的电荷,同时它们的离子最外电子层结构符合八隅体(Li+、Be2+除外)。所以硷金属的氢氧化物和盐,大多易溶于水,氢氧化物和盐的溶解度比硷土金属更大。
硷金属在空气中燃烧时,金属锂主要生成LiO,而金属钠、钾、铷和铯主要生成Na2O2、KO2、RbO2和CsO2。硷金属氧化物和硷土金属氧化物的热稳定性的大趋势是从Li2O到Cs2O、从BeO到BaO逐渐降低。硷金属氢氧化物和硷土金属氢氧化物都是白色晶体,在空气中易吸水潮解,所以NaOH和Ca(OH)2晶体 皆可作为乾燥剂。硷金属氢氧化物易溶于水,而硷土金属氢氧化物在水中的溶解度较小。硷金属氢氧化物的溶解度从LiOH到CsOH依次增大;硷土金属氢氧化物的溶解度从Be (OH)2到Ba(OH)2也依次递增,而Be(OH)2和Mg(OH)2则难溶于水。
参考资料:
1. Geoff Rayner-Canham, Tina Overton, 2006, Descriptive Inorganic Chemistry, 4th ed., Freeman.
2. 司学芝、刘捷、展海军,2009年,无机化学,化学工业出版社。
引言:
镁是一种金属,属于碱土金属类元素。它以其良好的导电性和轻质特性在工业和化学领域中广泛应用。
简介:
镁主要以不溶性的碳酸盐和硫酸盐形式存在于地壳中,按重量计算,镁通常被认为是第六丰富的元素。1807年,汉弗莱·戴维爵士首次成功分离出镁。在1807至1808年间,戴维还成功分离了钠、钾、钙、钡、铍和锶。由于镁具有低密度和高强度,它常被用来与其他金属合金,广泛应用于飞机、自行车车架、车轮等结构,甚至军舰的上层建筑。此外,镁在体育用品店中也作为引火剂出售。在生物化学过程中,镁对动物体内的神经冲动传递、肌肉收缩和碳水化合物代谢等方面都起着重要作用。
1. 镁是金属还是非金属?
镁是金属、非金属还是准金属?镁是一种轻质的银白色元素金属,符号为“Mg”,原子序数为 12。镁是一种属于碱土金属的化学元素。它具有典型的金属特性,例如金属光泽、良好的导热性和导电性,以及优异的可塑性和延展性。由于镁的密度轻、强度高,因此在各个工业领域中具有重要应用,从航空航天到汽车制造等各个方面都有广泛的用途。
2. 镁的物理性质
镁具有以下物理性质:它是一种化学元素,属于金属,化学符号为Mg,位于元素周期表IIa族,原子序数为12,原子量为24.312。镁呈银白色,非常轻,相对密度为1.74,密度为1740 kg/m3。由于其重量轻且具有良好的机械强度,长期以来镁被视为工业中较为优良的结构金属。
3. 镁的化学性质
(1)镁还具有活泼的化学性质。它能够取代水中的氢气,并且通过热还原镁的盐类和氧化物可以生产多种金属。镁在室温下与水反应,虽然其反应速度比钙慢得多。钙和镁是金属还是非金属?钙是一种类似的第 2 族金属。当浸没在水中时,氢气泡会在金属表面缓慢形成;这种反应在镁粉中发生得更快。温度越高,反应发生得越快。镁与水的可逆反应可用于储存能量并运行镁基发动机。
(2)镁能够与大多数非金属及几乎所有的酸发生反应,但与大多数碱和许多有机物(如碳氢化合物、醛类、醇类、酚类、胺类、酯类和大多数油类)仅发生轻微或根本不发生反应。作为催化剂,镁可以促进多种有机反应,如缩合、还原、加成和脱卤反应。长期以来,镁通过格氏反应合成多种复杂的有机组分,这些合成反应中镁通常作为主要的催化剂。
(3)此外,镁合金通常包含铝、锰、锆、锌、稀土金属和钍等成分。
4. 为什么镁被归类为金属?
(1)镁是优良的电导体。金属中,价带与导带重叠,使得价带中的电子可以有效地参与电流传导。镁的价电子位于3s轨道,这些电子负责其电导性能。
(2)镁具有较低的电离焓。一般来说,金属的电离焓较非金属低,因为金属的价电子与原子核的结合较为松散。对于第1组和第2组金属,价电子位于s轨道,移除这些电子所需的能量较小。镁的两个价电子位于3s轨道,因此其电离焓较低。
(3)镁表现出电正性特征。金属通常通过失去价电子来达到稳定的电子配置,因此被称为电正性元素。相反,非金属通过获得电子来实现稳定,因此称为电负性元素。镁的两个价电子位于3s轨道,镁通过失去这些电子来获得稳定的电子结构,这使得它具备电正性特征。
5. 镁的独特特性
(1)镁是一种相对轻质的金属,其密度约为铝的三分之二。
(2)由于镁的熔点较低且反应性较强,在加工和应用过程中必须特别小心,以防止其腐蚀。
(3)镁具有优异的强度重量比,因此在需要减轻重量的场合非常有用。
(4)镁在机械和电气领域表现出色,因为它既是优良的热和电导体,又具有良好的阻尼特性。
(5)由于镁的高度反应性和可燃性,它广泛应用于需要高能量输出的场合,如烟花和照明弹。
(6)在医学领域,镁被用于抗酸剂和泻药等治疗用途。
6. 镁是碱性金属吗?
镁(Mg), 化学元素,元素周期表第2族(IIa)碱土金属之一,也是最轻的结构金属。
7. 镁是活性金属吗?
金属之间的主要差异在于其化学反应的活跃程度。元素周期表左下角的金属元素表现出最强的化学活性,例如锂、钠和钾能与水发生剧烈反应。随着元素在周期表中的位置向下移动,它们的反应性逐渐增强,这主要是因为这些金属的金属性增强。相对而言,第二类金属,如镁、铝、锌和锰,其化学活性较低。这些金属在室温下不会与水反应,但会迅速与酸发生反应。
镁是一种活性金属,容易与大多数非金属发生反应。镁具有很强的化学活性;它能与大多数非金属和几乎所有酸结合。
参考:
[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Magnesium
[2]baike.baidu.com
[3]https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/5462224
[4]https://www.britannica.com/science/magnesium