化学元素的基本性质.docx
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化学元素的基本性质
化学元素的基本性质
化学元素的基本性质
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1 氢
氢是元素周期表中的第一号元素，元素名来源于希腊文，原意是“水素”。
氢是由英国化学家卡文迪许在1766年发现，称之为可燃空气，并证明它在空气中燃烧生成水。
1787年法国化学家拉瓦锡证明氢是一种单质并命名。
氢在地壳中的丰度很高，按原子组成占15.4%，但重量仅占1%。
在宇宙中，氢是最丰富的元素。
在地球上氢主要以化和态存在于水和有机物中。
有三种同位素：
氕、氘、氚。
氢在通常条件下为无色、无味的气体；气体分子由双原子组成；熔点-259.14°C，沸点-252.8°C，临界温度33.19K，临界压力12.98大气压，气体密度0.0899克/升；水溶解度21.4厘米3/千克水（0°C），稍溶于有机溶剂。
在常温下，氢比较不活泼，但可用合适的催化剂使之活化。
在高温下，氢是高度活泼的。
除稀有气体元素外，几乎所有的元素都能与氢生成化合物。
非金属元素的氢化物通常称为某化氢，如卤化氢、硫化氢等；金属元素的氢化物称为金属氢化物，如氢化锂、氢化钙等。
氢是重要的工业原料，又是未来的能源。
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3 锂
原子序数3，原子量6.941，是最轻的碱金属元素。
元素名来源于希腊文，原意是“石头”。
1817年由瑞典科学家阿弗韦聪在分析透锂长石矿时发现。
自然界中主要的锂矿物为锂辉石、锂云母、透锂长石和磷铝石等。
在人和动物机体、土壤和矿泉水、可可粉、烟叶、海藻中都能找到锂。
天然锂有两种同位素：
锂6和锂7。
金属锂为一种银白色的轻金属；熔点为180.54°C，沸点1342°C，密度0.534克/厘米3，硬度0.6。
金属锂可溶于液氨。
锂与其它碱金属不同，在室温下与水反应比较慢，但能与氮气反应生成黑色的一氮化三锂晶体。
锂的弱酸盐都难溶于水。
在碱金属氯化物中，只有氯化锂易溶于有机溶剂。
锂的挥发性盐的火焰呈深红色，可用此来鉴定锂。
锂很容易与氧、氮、硫等化合，在冶金工业中可用做脱氧剂。
锂也可以做铅基合金和铍、镁、铝等轻质合金的成分。
锂在原子能工业中有重要用途。
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11 钠
原子序数11，原子量22.989768，是最常见的碱金属元素。
元素名来源拉丁文，原意是“天然碱”。
1807年英国化学家戴维首先用电解熔融的氢氧化钠的方法制得钠，并命名。
在地壳中钠的含量为2.83%，居第六位，主要以钠盐的形式存在。
钠是有银白色光泽的软金属，用小刀就能很容易的切割。
熔点97.81°C，沸点882.9°C，密度0.97克/厘米3。
通常保存在煤油中。
钠是一种活泼的金属。
钠与水会产生激烈的反应，生成氢氧化钠和氢；钠还能与钾、锡、锑等金属生成和金；金属钠与汞反应生成汞齐，这种合金是一种活泼的还原剂，在许多时候比纯钠更适用。
钠离子能使火焰呈黄色，可用来灵敏地检测钠的存在。
以往金属钠主要用于制造车用汽油的抗暴剂，但由于会污染环境，已经日趋减少。
金属钠还用来制取钛，及生产氢氧化钠、氨基钠、氰化钠等。
熔融的金属钠在增值反应堆中可做热交换剂。
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钾
原子序数19，原子量39.0983。
元素名来源于拉丁文，原意是“碱”。
1807年由英国化学家戴维首次用电解法从氢氧化钾熔体中制得金属钾，并定名。
钾在地壳中的含量是2.59%，居第七位。
重要的价矿物有钾石盐、钾硝石等；海水中含有氯化钾，其含量为氯化钠的1/40；土壤中的钾很容易进入植物组织，所以植物灰中都含有碳酸钾。
钾有三种天然同位素：
钾39、钾40和钾41。
钾是一种轻而软的低熔点金属；熔点为63.25°C，沸点760°C，密度0.86可/厘米3。
钾比钠活泼，金属钾与水或冰的反应，即使温度低到-100°C，也非常剧烈；与酸的水溶液反应更为剧烈。
金属钾在空气中燃烧，易生成橘红色的超氧化钾。
金属钾与氢气反应很慢，但在400°C时反应很快。
金属钾与一氧化碳反应能生成一种爆炸性的羰基化合物。
含钾的化合物能使火焰呈现紫色。
钾盐是重要的肥料，是植物生长的三大营养元素之一。
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铷
原子序数37，原子量85.4678，稀有碱金属元素。
元素名来源于铷光谱上的两条明显的红线，拉丁文原意为“深红色”。
1861年，德国化学家本生和基尔霍夫在研究锂云母样品的光谱时发现铷。
铷是一种分散性元素，难以独立形成矿物，常与钾共生，主要矿物有锂云母和光卤石。
如有两种天然同位素：
铷85和铷87，其中铷87有放射性。
铷是低熔点活泼轻金属，熔点38.89°C，沸点686°C，密度1.532克/厘米3。
铷的化学性质与钾相似，但比钾活泼；挥发性铷盐的火焰成紫红色，可用来定性检验铷；金属铷可用钙、镁等还原氯化铷来制备。
金属铷在光的作用下易放出电子，可制光电管。
铯
原子序数55，原子量132.90543，元素名来源于拉丁文，原意是“天蓝”。
1860年德国化学家本生和基尔霍夫在研究矿泉水残渣的光谱时发现铯，因其光谱上有独特的蓝线而得名。
铯在地壳中的含量为百万分之七，主要矿物为铯榴石。
铯是软而轻、熔点很低的金属，纯净的金属铯呈金黄色；熔点28.4°C，沸点669.3°C，密度1.8785克/厘米3。
铯的化学性质活泼，铯与水和-116°C的冰反应都很剧烈；碘化铯与三碘化铋反应能生成难溶的亮红色复盐，此反应用来定性和定量测定铯；铯的火焰成紫红色，可用来检验铯。
铯可产生突出的光电效应，极易电离而放出电子，是光电管的主要材料；近年来在离子火箭、磁流体发电机和热电换能器等方面也有新的应用。
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钫
原子序数87，是一种天然放射性元素，化学符号源于发现者的祖国—法国的名字。
1939年法国的佩雷在研究铀矿中锕227的衰变产物时发现钫。
现已发现质量数201～230的钫的全部同位素，其中只有钫223、224是天然放射性同位素，其余都是通过人工核反应合成的。
金属钫为体心立方晶格；熔点27°C，沸点677°C，密度2.48克/厘米3。
钫的化学性质活泼，所有的钫盐都是水溶性的。
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铍
原子序数4，原子量9.012182，是最轻的碱土金属元素。
1798年由法国化学家沃克兰对绿柱石和祖母绿进行化学分析时发现。
1828年德国化学家维勒和法国化学家比西分别用金属钾还原熔融的氯化铍得到纯铍。
其英文名是维勒命名的。
铍在地壳中含量为0.001%，主要矿物有绿柱石、硅铍石和金绿宝石。
天然铍有三种同位素：
铍7、铍8、铍10。
铍是钢灰色金属；熔点1283°C，沸点2970°C，密度1.85克/厘米3，铍离子半径0.31埃，比其他金属小得多。
铍的化学性质活泼，能形成致密的表面氧化保护层，即使在红热时，铍在空气中也很稳定。
铍即能和稀酸反应，也能溶于强碱，表现出两性。
铍的氧化物、卤化物都具有明显的共价性，铍的化合物在水中易分解，铍还能形成聚合物以及具有明显热稳定性的共价化合物。
金属铍主要用作核反应堆的中子减速剂。
铍铜合金被用于制造不发生火花的工具，如航空发动机的关键运动部件、精密仪器等。
铍由于重量轻、弹性模数高和热稳定性好，已成为引人注目的飞机和导弹结构材料。
铍化合物对人体有毒性，是严重的工业公害之一。
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镁
原子序数12，原子量24.305，为碱土金属中最轻的结构金属。
1808年英国化学家戴维通过电解氧华镁和氧化汞的混合物，制得镁汞齐，蒸出其中的汞后，析出金属镁。
1828年法国科学家比西用金属钾还原熔融的无水氯化镁得到纯镁。
镁在地壳中的含量约2.5%，是第8个最丰富的元素。
镁的矿物主要有菱镁矿、橄榄石等。
海水中也含有大量的镁。
镁也存在于人体和植物中，它是叶绿素的主要组分。
镁为银白色金属；熔点648.8°C，沸点1107°C，密度1.74克/厘米3。
镁具有优良的切削加工性能。
金属镁能与大多数非金属和酸反应；在高压下能与氢直接合成氢化镁；镁能与卤化烃或卤化芳烃作用合成格利雅试剂，广泛应用于有机合成。
镁具有生成配位化合物的明显倾向。
镁是航空工业的重要材料，镁合金用于制造飞机及森、发动机零件等；镁还用来制造照相和光学仪器等；镁及其合金的非结构应用也很广；镁作为一种强还原剂，还用于钛、锆、铍、铀和铪的生产中。
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钙
原子序数20，原子量40.078，是碱土金属中最活泼的元素。
元素名来源于拉丁文，愿意为“石灰”。
1808年英国化学家戴维在电解石灰和氧化汞的混合物时得到钙汞齐，然后蒸掉汞制得纯的金属钙。
钙在地壳中的含量为3.64%，排第5位。
钙以化合物的形式广泛存在于自然界中，钙的主要矿物有石灰石、方解石、大理石等。
钙呈银白色；熔点839°C，沸点1484°C，密度1.54克/厘米3。
钙的氧化态为+2，它能同空气中的氧和氮缓慢作用生成一层氧化物和氮化物保护膜；钙与冷水作用缓慢，在热水中发生剧烈反应放出氢；钙可与卤族元素直接反应，在加热下与硫、碳反应；钙与浓氨水形成六氨合钙，这是一种有金属光泽的高导电性固体。
钙在生物体中是一种重要的元素。
动物体内的钙不仅参加骨骼和牙齿的组成，而且参与新陈代谢。
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锶
原子序数38，原子量87.62。
元素名来源它的发现地的地名。
1790年克劳福德在苏格兰斯特朗申得铅矿中第一次识别了自然界存在的碳酸锶；1792年霍普证实并分离了钡、锶、钙的化合物；1808年戴维利用汞阴极电解氢氧化锶，第一次得到纯的金属锶，并命名。
锶在地壳中的含量为0.02%，主要矿石为天青石和菱锶矿，锶也在动、植物中与钙共存。
锶有四个天然同位素。
锶是一种活泼金属，熔点769°C，沸点1384°C，密度2.6克/厘米3。
锶能与水直接反应，与酸猛烈反应；锶与卤素、氧和硫都能迅速反应；锶在空气中会很快生成保护性氧化膜；锶在空气中加热会燃烧；在一定条件下可与氮、碳、氢直接化合；由于锶很活泼，应保存在煤油中。
金属锶的实际应用很少；锶的挥发性盐在火焰中呈现红色，可用作焰火、照明灯和曳光弹的材料；放射性锶90可治疗骨癌。
钡
原子序数56，原子量137.327，是碱土金属中最活泼的元素，元素名来源于希腊文，原意是“重的”。
1774年瑞典化学家舍勒在软锰矿中发现钡，1808年英国化学家戴维通过电离分解出金属钡。
钡在地壳中的含量为0.05%，主要矿物有重晶石和毒重石。
钡是银白色金属，熔点725°C，沸点1140°C，密度3.51克/厘米3。
钡能与卤素和氧直接反应；钡粉在潮湿空气中能自燃，所以一般保存在煤油中；钡与水猛烈反应，生成氢氧化钡和氢；加热下能与氢、硫、氮、碳作用；除难溶的硫酸钡外，所有钡的化合物都有毒。
金属钡在电子管、显像管中用作消气剂；钡镍合金用于电子管工业；钡也可作轴承合金的成分；硫酸钡用于医疗诊断。
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镭
原子序数88，原子量2260254，是一种天然放射性元素，元素名来源于拉丁文，原意是“射线”。
1898年居里夫妇从沥青铀矿矿渣中发现了镭，1902年分离出90毫克氯化镭，初步测定了镭的原子量。
镭在自然界分布很广，但含量极微，地壳中的含量为十亿分之一，总量约1800万吨。
现已发现质量数为206～230的镭的全部同位素，其中只有镭223、224、226、228是天然放射性同位素，其余都是通过人工核反应合成的。
镭226半衰期最长，天然丰度最大，是镭的最重要的同位素。
镭是银白色有光泽的金属，熔点700°C，沸点1140°C，密度约5克/厘米3，体心立方晶格。
镭的化学性质活泼，与钡相似。
金属镭暴露在空气中能迅速反应，生成氧化物和氮化物；能与水反应生成氢氧化镭；新制备的镭盐呈白色，放置后因受辐照而变色。
镭是现代核工业兴起前最重要的放射性物质,广泛应用于医疗、工业和科研领域；把镭盐和硫化锌荧光粉混匀,可制成永久性发光粉。
到1975年为止，全世界共生产了约4千克镭，其中85%用于医疗，10%用来制造发光粉。
镭是剧毒物质。
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钪
原子序数21，原子量44.95591，为稀土元素之一。
1817年门捷列夫根据他的元素周期律，预言“类硼”的存在和性质；1879年瑞典的尼尔森从硅铍钇矿和黑稀金矿中分离出钪的氧化物；瑞典的克莱夫在研究钪的性质后，确认就是门捷列夫语言的“类硼”。
钪在地壳中的含量约为0.0005%，主要矿物为钪钇石，钪也存在于核裂变产物中，自然界存在的钪全部为稳定同位素钪45。
钪为银白色金属，质较软；熔点1541°C，沸点2831°C密度2.989克/厘米3。
晶体结构有六方密堆积（1335°C以下）和体心立方。
钪在空气中比较稳定；氧化钪为白色粉末，易溶于酸中生成相应的盐；钪的离子半径较小，形成配位化合物的能力较强；钪能与多种氨羧络合剂生成稳定的螯合物；钪能与茜素和苯胂酸等有机试剂生成有色配合物，这个性质被用于钪的比色分析和光谱分析。
钪可用于制造高光效的金属卤素灯；钪的化合物在有机合成中可作催化剂；在锆氧陶瓷中掺入氧化钪，可防止晶形转变时发生龟裂。
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钇
原子序数39，原子量88.90585，为稀土元素之一。
元素名来源于钇的发现地—瑞典斯德哥尔摩附近的村庄名。
1794年芬兰化学家加多林从硅铍钇矿中发现钇的氧化物。
钇是第一个被发现的、含量最丰富的稀土元素，在地壳中的含量约0.0028%，主要存在于硅铍钇矿和黑稀金矿中，钇还存在于核裂变产物中。
自然界中存在的钇全部为稳定同位素钇89。
钇为灰黑色金属，有延展性，熔点1522°C，沸点3338°C，密度4.4689克/厘米3。
钇在空气中较稳定；白色的三氧化二钇能溶于酸，生成相应的白色盐；钇与多种氨羧配合剂能生成稳定的螯合物。
含钕的钇铝石榴石是优良的激光材料；钇铁石榴石和钇铝石榴石是新型磁性材料；钇耐高温和耐腐蚀，可作核燃料的包壳材料。
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镧
原子序数57，原子量138.9055，元素名来源于希腊文，原意是“隐蔽”。
1839年瑞典化学家莫桑德尔从粗硝酸铈中发现镧，并确认是一种新元素。
镧在地壳中的含量为0.00183%，是稀土元素中含量最丰富的一个。
镧有两种天然同位素：
镧139和放射性镧138。
镧为可锻压、可延展的银白色金属，质软可用刀切开；熔点921°C，沸点3457°C，密度6.174克/厘米3。
镧化学性质活泼，在干燥空气中迅速变暗，在冷水中缓慢腐蚀，热水中加快；镧可直接与碳、氮、硼、硒、硅、磷、硫、卤素等反应；镧的化合物呈反磁性。
高纯氧化镧可用于制造精密透镜；镧镍合金可做储氢材料，六硼化镧广泛用作大功率电子发射阴极。
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铈
原子序数58，原子量140.115，元素名来源于小行星谷神星的英文名。
1803年德国化学家克拉普罗特、瑞典化学家贝采利乌斯分别发现了铈的氧化物。
铈在地壳中的含量约0.0046%，是稀土元素中丰度最高的。
铈的天然稳定同位素有4种：
铈136、138、140、142。
铈为铁灰色金属，有延展性，熔点799°C，沸点3426°C，密度6.657克/厘米3。
铈是除铕外稀土元素中最活泼的。
铈在室温下很容易氧化；在冷水中缓慢分解，在热水中反应加快；大多数铈盐及其溶液为橙红色到橙黄色，具有反磁性和强氧化性。
二氧化铈用于抛光精密玻璃制品，也可做玻璃去色剂和用于生产有色玻璃，硝酸铈用于制造白炽灯罩。
镨
原子序数59，原子量140.90765，元素名来源于希腊文，原意是“绿色”。
1841年瑞典化学家莫桑德尔从铈土中得到镨、钕的混合物；1885年奥地利的韦耳斯拔从中分离出绿色的镨盐和玫瑰色的钕盐，确定它们是两种新元素。
镨在地壳中的含量约0.000553%，常于其它稀土元素共生于许多矿物中。
天然稳定同位素只有镨141。
镨为淡黄色金属，质地较软，有延展性；熔点931°C，沸点3512°C，密度6.773克/厘米3。
镨在空气中缓慢形成绿色易碎氧化物层；镨通常以三价氧化态存在。
三氧化二镨可用于制造优良的高温陶瓷材料，也用于制造绿色的镨玻璃；镨在石油化工方面可用作催化剂。
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钕
原子序数60，原子量144.24，元素名来源于希腊文，原意是“孪生”。
1841年瑞典化学家莫桑德尔从铈土中得到镨、钕的混合物；1885年奥地利的韦耳斯拔从中分离出绿色的镨盐和玫瑰色的钕盐，并确定它们是两种新元素。
钕在地壳中的含量为0.00239%，主要存在于独居石和氟碳铈矿中。
自然界存在7种钕的同位素：
钕142、143、144、145、146、148、150，其中钕142含量最高。
钕为银白色金属，熔点1024°C，密度7.004克/厘米3。
钕是最活泼的稀土金属之一，在空气中能迅速变暗，生成氧化物；在冷水中缓慢反应，在热水中反应迅速。
掺钕的钇铝石榴石和钕玻璃可代替红宝石做激光材料，钕和镨玻璃可做护目镜。
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钷
原子序数61，是人工放射性元素，元素名来源于希腊文，原意是“火”。
1945年马林斯基和格伦丁宁从铀的裂变产物中首先分离得到钷的两个同位素钷147和钷139，尽管此前人们从光谱线条的观察中发现了这种元素，但没有人能从自然界的矿石中分离出钷。
钷为六方晶格晶体，熔点1168°C，沸点2460°C，密度7.22克/厘米3。
钷的氯化物、硝酸盐是可溶性盐，草酸盐、氟化物难溶。
钷147可制作防护的发光粉和用于航标灯；也可用于作核电池的燃料。
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钐
原子序数62，原子量150.36，元素名来源于发现它的矿石名。
1879年法国化学家布瓦博得朗从萨马尔斯克矿石中分离出氧化钐，并用光谱鉴定为一种新元素；1901年法国德马尔盖制得钐的高纯化合物。
钐在地壳中的含量为0.000647%，主要存在于稀土矿物中。
钐为银白色金属，熔点1077°C，沸点1791°C，密度7.52克/厘米3，是稀土元素中最易挥发的元素之一。
钐在空气中比较稳定，在化合物中主要以三价氧化态存在。
钐具有很高的热中子俘获截面，可作核反应控制棒和中子吸收材料；钐钴合金具有高剩磁、高矫顽力和最大磁能积等性能，广泛用于行波管、高频管和各种微波设备等方面。
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铕
原子序数63，原子量151.965，元素名来源于拉丁文，原意是“欧洲”。
1896年由法国化学家德马尔盖发现。
铕在地壳中的含量为0.000106%，是最稀有的稀土元素，主要存在于独居石和氟碳铈矿中，自然界有两种铕的同位素：
铕151和铕153。
铕为铁灰色金属，熔点822°C，沸点1597°C，密度5.2434克/厘米3；铈稀土元素中密度最小、最软和最易挥发的元素。
铕为稀土元素中最活泼的金属：
室温下，铕在空气中立即失去金属光泽，很快被氧化成粉末；与冷水剧烈反应生成氢气；铕能与硼、碳、硫、磷、氢、氮等反应。
铕广泛用于制造反应堆控制材料和中子防护材料。
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钆
原子序数64，原子量157.25，元素名来源于研究镧系元素有卓越贡献的芬兰科学家加多林。
1880年瑞士的马里尼亚克分离出钆，1886年法国化学家布瓦博德朗制出纯净的钆，并命名。
钆在地壳中的含量为0.000636%，主要存在于独居石和氟碳铈矿中。
钆为银白色金属，有延展性，熔点1313°C，沸点3266°C，密度7.9004克/厘米3。
钆在室温下有磁性。
钆在干燥空气中比较稳定，在湿空气中失去光泽；能与水缓慢反应；溶于酸形成相应的盐。
钆有最高的热中子俘获面，可用作反应堆控制材料和防护材料；用钆盐经磁化制冷可获得接近绝对零度的超低温。
铽
原子序数65，原子量158.92534，元素名来源于它的最初发现地。
1843年瑞典化学家莫桑德尔从钇土中发现铽的氧化物，1877年正式命名。
铽在地壳中的含量为十万分之九，存在于多种稀土矿物中，天然稳定同位素只有铽159。
铽为银灰色金属，有延展性，质较软，可用刀切开；熔点1360°C，沸点3123°C，密度8.2294克/厘米3；铽在室温下有很强的顺磁性。
铽在空气中不易氧化，在高温时容易氧化；可与硫酸、硝酸、卤素反应。
铽的氧化物广泛用于制备发光材料。
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