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科學講堂:第一二族金屬「外同內異」

2016-09-14

熔點硬度有別 密度皆低各放異彩

上星期討論元素周期表共有18縱行,稱為「族 」。今期我們來討論周期表中最活潑(reactive)的第一族及第二族元素之特點。

第一族及第二族內所有元素均為銀白色的金屬,第一族的金屬包括鋰 、鈉、鉀、銣、銫及鈁(表一),它們擁有許多共通的化學特性,如密度(density)低,鋰 、鈉及鉀更可以浮於水;感覺上熔點(melting point)很高,而且很堅硬。

鹼金屬「活潑」 遇水變鹼性

但事實上,第一族金屬的熔點很低,鈉不足100℃就會融化為液體。而它們的質地軟,很容易切開,露出銀白色的表面後,會立即氧化(oxidation),失去其表面光澤。另外,第一族的金屬接觸水後,會變成具有強鹼性的氫氧化物,所以第一族的金屬稱為鹼金屬(alkali metals)。

由此可以判斷,第一族的金屬十分活潑,為了防止它們接觸水及空氣,化學家一般會把它們存放於礦物油下,而高純度的銫更會封存於貴氣體氬氣(argon)中,以防止爆炸。而周期愈大,化學反應愈強烈。

鹼土金屬硬度熔點更高

第二族的金屬包括鈹 、鎂、鈣、鍶、鋇及鐳(表二),與第一族金屬相似,它們的密度很低。與第一族金屬不一樣,第二族金屬較硬,而熔點高很多,並具有延展性。第二族的稱為鹼土金屬(alkaline earth metals),它們的氧化物為鹼性。這些氧化物如石灰及氧化鎂等,在古時已被發現,並作生活用途,它們的抗熱性強,與沙土性質相似,故名「土」。

小 結

焰色試驗(flame test)用於測試某種金屬是否存在於化合物中,不同金屬燃燒時,會產生不同的顏色。每當璀璨的煙花照亮香港夜空之際,天空中其實不斷進行焰色試驗,而紅、橙、黃、綠、藍、紫及銀分別來自鍶、鈣、鈉、鋇、銅、銣及鎂離子,它們大部分均是第一族及第二族的元素。兩星期後的國慶煙花匯演,其實也是一場在天空中美麗的科學實驗呢! ■吳俊熙博士

作者簡介:畢業於加州大學洛杉磯分校(UCLA),曾任教於加州的州立大學及香港大學,現於洛杉磯Pierce College化學系作助理教授。可通過www.facebook.com/drbennyng聯繫吳博士。

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