碱金属

金属单质

碱金属是指在元素周期表中ⅠA族除氢（H）外的六个金属元素，即锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）、钫（Fr）。

分布

所有已发现的碱金属均存在于自然界中。按照化学元素丰度顺序，丰度最高的是钠，其次是钾，接下来是锂、铷、铯，最后是钫。

地壳

下表为碱金属元素在地壳中（不含海洋、大气）的质量克拉克值，取自《无机化学（第五版）》，2008 .371

由表可见，碱金属中，钾、钠的丰度较大，为常量元素，锂、铷、铯丰度很小，为微量元素。而海水中，钠的质量克拉克为1.062%，钾的质量克拉克为0.038%，钾、钠同样是海水中的常量元素。

矿物学

碱金属在自然界的矿物是多种多样的，常见的如下

人体

碱金属在人体中以离子形式存在于体液中，也参与蛋白质的形成。

碱金属在人体中的质量分数（%）数据来源：《无机化学（第五版）》,2008.371

注：数据可能存在较大差异，以下数据可供核对：氧65%、碳18%、氢10%

人体中元素与地壳元素丰度呈正相关，这是生物链的传递结果。动物胚胎中钾与钠的质量分数相近，有学者认为这是动物源于海生有机体的证据之一。

作用

大多数碱金属有多种用途。铷或铯的原子钟是纯碱金属最著名的应用之一，其中以铯原子钟最为精准。钠化合物较为常见的一种用途是制作钠灯，一种高效光源。钠和钾是生物体中的电解质，具有重要的生物学功能，属于膳食矿物质。

性质

基本性质表

周期律性质

碱金属位于ⅠA族，其周期律性质主要表现为

自上而下，碱金属元素的金属性逐渐增强（元素金属性强弱可以从其单质与水或酸反应置换出氢的难易程度，或它们的最高价氧化物的水化物——氢氧化物的碱性强弱来推断）

每一种碱金属元素都是同周期元素中金属性最强的元素。

碱金属有很多相似的性质：它们多是银白色的金属（铯呈金黄色光泽），密度小，熔点和沸点都比较低，标准状况下有很高的反应活性；它们易失去价电子形成带+1电荷的阳离子；它们质地软，可以用刀切开，露出银白色的切面；由于和空气中的氧气反应，切面很快便失去光泽。由于碱金属化学性质都很活泼，一般将它们放在矿物油中或封在稀有气体中保存，以防止与空气或水发生反应。在自然界中，碱金属只在盐中发现，从不以单质形式存在。碱金属都能和水发生激烈的反应，生成强碱性的氢氧化物，并随相对原子质量增大反应能力越强。

单质与离子

物理性质

碱金属单质多为具金属光泽的银白色金属（铯带金黄色），但暴露在空气中会因氧气的氧化作用生成氧化物膜使光泽度下降，呈现灰色，碱金属单质的密度小于2g·cm^-3，是典型的轻金属，锂、钠、钾能浮在水上，锂甚至能浮在煤油中；碱金属单质的晶体结构均为体心立方堆积，堆积密度小，莫氏硬度小于2，质软，导电、导热性能极佳。碱金属单质都能与汞（Hg）形成合金(汞齐)。

焰色反应（物理性质）

碱金属离子及其挥发性化合物在无色火焰中燃烧时会显现出独特的颜色，这可以用来鉴定碱金属离子的存在，锂、铷、铯也是这样被化学家发现的，电子跃迁可以解释焰色反应，碱金属离子的吸收光谱落在可见光区，因而出现了标志性颜色。

除了鉴定外，焰色反应还可以用于制造焰火和信号弹。

下表给出碱金属离子的焰色反应相关表格，波长数据取自《无机化学（第五版）》,2008380

化学性质

碱金属单质的标准电极电势很小，具有很强的反应活性，能直接与很多非金属元素形成离子化合物，与水反应生成氢气，能还原许多盐类（比如四氯化钛），除锂外，所有碱金属单质都不能和氮气直接化合。

热力学电化学

碱金属的相关热力学及电化学数据见下：

电子亲和能数据取自《化学-物质结构与性质（选修）》,2007年.24

单位均为标准单位

由表中可以看出碱金属的标准电极电势都在-3.000V左右，表明其单质很容易失去电子，电离能不断增加，电子亲和能不断递减，表明其单质的还原性不断增强，锂的标准摩尔水合焓最大，但事实上锂与水最不易反应，这是因为锂的标准摩尔升华焓太大，且相较于其他碱金属，锂与水的反应产物氢氧化锂水溶性会小很多，和水反应过程中氢氧化锂覆盖在锂上，影响了反应。

锂的特殊性

锂的反常性

ⅠA族的周期性十分明显，但锂还是和同族的其它碱金属元素有很大不同，这种不同主要表现在锂化合物的共价性，这是由锂的原子半径过小导致的。

对角线规则

元素周期表中，碱金属锂与位于其对角线位置的碱土金属镁（Mg）存在一定的相似性，这里体现了元素周期表中局部存在的“对角线规则”。锂与镁的相似性表现在：

（1）单质与氧气作用生成正常氧化物

（2）单质可以与氮气直接化合（和锂同族的其它碱金属单质无此性质）

（3）氟化物、碳酸盐、磷酸盐难溶于水

（4）碳酸盐受热易分解

究其原因，锂-镁对角线规则可以用周期表中离子半径的变化来说明，同一周期从左到右，离子半径因有效电荷的增加而减少，同族元素自上而下离子半径因电子层数的增加而增大，锂与镁因为处于对角线处，镁正好在锂的“右下方”，其离子半径因周期的递变规律而减小，又因族的递变规律而增大，二者抵消后就出现了相似性。

化合物

化合物性质

在碱金属元素形成的各类化合物中，碱金属阳离子是没有特别性质的，碱金属化合物的性质在绝大多数情况下体现为阴离子的性质。

无机盐

碱金属的盐类熔沸点较高，下表即为碱金属盐类的熔点，本表取自《无机化学（第五版）》,2008.387

单位：m.p./℃

从表中还可以观察到：锂盐的沸点明显偏低，表明锂盐表现出一定的共价性

有机金属

碱金属的有机金属化合物在有机合成上有重要应用，以下对常见物种简要介绍其中

烃（烷）基锂

烃基锂中存在桥键（LI-C-Li），以四聚体的形式存在，烃基锂中碳-锂键具有共价键的特征，其中丁基锂具有挥发性，并能进行减压蒸馏就是一个例子。烃基锂是强亲核试剂，亲核能力优于格氏试剂，能引发后者的所有加成反应，并有更高的产率，但立体选择性差；烃基锂位阻小，反应时受空间效应的影响小，因此可用烃基锂合成位阻较大的醇，此外，烃基锂与铜（Ⅰ）卤化物可形成二烃基铜锂，在有机合成上也有重要应用。烃基锂容易与水反应，制备时要彻底干燥。

炔基钠

1-炔烃可与钠在液氨中生成炔基钠，炔基钠是亲核试剂，可与卤代烃反应备制炔的衍生物或增长碳链，此外，也可以与酰卤反应备制炔基酮，但在有机合成中应用较少，其替代品为炔基铜（Ⅰ）化合物。

氧化物

碱金属正常氧化物的相关性质见下，取自《无机化学（第五版）》,2008.383

单位均为标准热力学单位

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