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第十一章碱金属和碱土金属

一、金属单质

1．物理性质

碱金属和碱土金属的单质具有银白色的金属光泽有良好的导电性和延伸性，碱金

属密度小，硬度小，熔点低，导电性强，是典型的轻金属，碱土金属的密度熔点

和沸点则较碱金属的高。

锂是固体单质中最轻的，它的密度约为水的一半，碱土金属的密度稍大些，ⅠA

族和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他元素

原子量较小而原子半径较大的缘故。

由于碱金属原子只有一个价电子且原子半径较大，故金属键很弱，这是其熔、沸

点都很低的一个原因。碱土金属有两个价电子，与同周期的碱金属相比，它们的

原子半径较小，所形成的金属键显然比碱金属强得多，因而它们的熔点、沸点、

密度和强度都比碱金属高。

2．化学性质

碱金属和碱土金属是很活泼的金属元素，它们能直接或间接地与电负性较高地非

金属元素形成相应的化合物。

碱金属在室温下能生成一层氧化物(如NaO)，在锂的表面上，除生成氧化物外

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还有氮化物(LiO，LiN)。

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钠、钾空气中稍微加热就燃烧起来(钠生成NaO、钾生成KO等)，铷和铯在室

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温下遇空气就立即燃烧。碱金属的氧化物在空气中易吸收二氧化碳形成碳酸盐

(如NaCO)。

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碱金属应存放在煤油中。锂因比煤油的密度小，所以将其浸在液体石蜡或封存在

固体石腊中。碱土金属活泼性略差，室温下这些金属表面缓慢生成氧化膜。它们

在空气中加热发生反应，生成氧化物和少量氮化物(如CaN，MgN)。

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因此在金属熔炼中常用Li，Ca等除去溶解金属中的氮气和氧气，在电子工业中

常用Ba除去真空管中痕量氮气和氧气，在高温时碱金属和碱土金属还能夺取某

些氧化物中的氧，如镁可使CO的碳还原成单质。

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碱金属及碱土金属化合物在高温火焰中，可以使火焰呈现出特征的颜色，这种现

象称为焰色反应。金属原子的电子受高温火焰的激发而跃迁到高能级轨道上，当

电子从高能级轨道返回到低能级轨道时，就会发射出一定波长的光束，从而使火

焰呈现出特征的颜色。

3．单质的制备方法

+2+

碱金属和碱土金属具有较强的还原性，要使M和M还原为M，通常采用的方

法有两种：熔盐电解法和热还原法。

(1)熔盐电解法

二、含氧化合物

1．氧化物

碱金属和碱土金属与氧所形成的二元化合物可分为普通氧化物、过氧化物、超氧

化物及臭氧化物。除铍以外的所有碱金属和碱土金属元素都能形成过氧化物，钠、

钾、铷、铯、钙还能生成超氧化物。

(1)氧化物当碱金属在空气中燃烧时，只有Li的主要产物是LiO，其他碱金

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属在空气中燃烧的主要产物都不是普通氧化物MO，氧化物热稳定性总的趋势

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是同族从上到下依次降低，熔点也按此顺序降低，碱土金属离子半径较小，正电

荷高，其氧化物的晶格能大，因而其熔点比碱金属氧化物的熔点高得多。

(2)过氧化物碱金属和碱土金属，除了铍未发现有过氧化物外，都能生成过

氧化物。

工业上制备NaO的方法是将Na加热至熔化，通入一定量的除去CO的干燥空

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气，维持在453～473K之间，钠即被氧化为NaO，进