碱金属和碱土金属的重要物理性质列于表17-3中:
表17-3 碱金属和碱土金属的物理性质
单质 性质 |
锂 | 钠 | 钾 | 铷 | 铯 | 铍 | 镁 | 钙 | 锶 | 钡 |
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 |
熔点/K | 453.54 | 370.81 | 336.65 | 311.89 | 301.4 | 1551 | 921.8 | 1112 | 1042 | 998 |
沸点/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 | — |
电导性(Hg=1) | 11.2 | 20.8 | 13.6 | 7.7 | 4.8 | 5.2 | 21.4 | 20.8 | 4.2 | — |
碱金属和碱土金属单质除铍呈钢灰色外,其它都具有银白色光泽。碱金属具有密度小、硬度小,熔点低、导电性强的特点,是典型的轻金属。碱土金属的密度,熔点和沸点则较碱金属为高。
Li、Na、K都比水轻,最轻的是锂,它的密度约为水的一半。碱土金属的密度稍大些,但钡的密度比常见金属如Cu、Zn、Fe还小得多。ⅠA、ⅡA族金属单质之所以比较轻,是因为它们在同一周期里比相应的其它元素原子量较小,而原子半径较大的缘故。
由于碱金属的硬度小,所以钠、钾都可以用刀切割。切割后的新鲜表面可以看到银白色的金属光泽,接触空气以后,由于生成氧化物、氮化物和碳酸盐的外壳,颜色变暗。碱金属具有良好的导电性。碱金属(特别是钾、铷、铯)在光照之下,能够放出电子,对光特别灵敏的是铯,是制造光电池的良好材料。铷、铯可用于制造最准确的计时仪器——铷、铯原子钟。1967年正式规定用铯原子钟所定的秒为新的国际时间单位。
碱金属在常温下能形成液态合金(77.2%K和22.8%Na,熔点260.7K)和钠汞齐(熔点236.2K),前者由于具有较高的比热和较宽的液化范围而被用作核反应堆的冷却剂,后者由于具有缓和的还原性而常在有机合成中用作还原剂。钠在实验室中常用来除去残留在各种有机溶剂中的微量水分。
锂的用途愈来愈广泛,如锂和锂合金是一种理想的高能燃料。锂电池是一种高能电池。LiBH4是一种很好的贮氢材料。锂在核动力技术中将起重要作用,63Li、73Li被中子轰击都可得到氚,63Li与氘可以进行热核反应。受控热核聚变反应堆可以用氘和锂作为燃料。
碱土金属中实际用途较大的是镁。镁在冶金中制备密度小、硬度大、韧性高的镁铝合金(含10~30%的镁)和电子合金(约含90%的镁,其余为铝、锌、锰)用于制造飞机和汽车。铍作为新兴材料日益被重视。薄的铍片易被X射线穿过,是制造X射线管小窗不可取代的材料。铍是核反应堆中最好的中子反射剂和减速剂之一。铍有密度小、比热大、导热性好、刚度大等优良性能,使它在导弹、卫星、宇宙飞船等方面得到广泛应用。铍青铜(含约2.5%的铍)强度大、硬度高、弹性和抗腐蚀性好,可用于制弹簧、外科医疗器械等。
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