单质的化学性质

碱金属和碱土金属是化学活泼性很强或较强的金属元素。碱金属的活泼性强于碱土金属。它们能直接或间接地与电负性较大的非金属元素形成相应的化合物。

碱金属有很高的反应活性，在空气中极易形成M₂CO₃的覆盖层，因此要将它们保存在无水的煤油中。锂的密度很小，能浮在煤油上，所以将其保存在液体石蜡中。铍和镁与冷水作用很慢，因为铍和镁表面有致密的氧化物保护膜，在水中形成一层难溶的氢氧化物，能阻止金属与水的进一步作用。

由于它们能同水反应而放出H₂，所以实际上它们作为还原剂主要应用于干态反应或有机反应中，而不用于水溶液中的反应。

电极过程（金属在水溶液中转变为水合离子的过程）是一个复杂的过程，包括升华、电离和水合三个步骤，在此不作讨论。

碱金属的E^■（M⁺/M）数值都很小，所以它们都是很强的还原剂。

虽然锂的电离势比铯大，但E^■（Li⁺/Li）却比E^■（Cs⁺/Cs）小。从热力学数据可看出，Li的升华和电离过程吸收的能量比Cs大，但Li⁺的半径很小，水合热比Cs大得多，足以抵消前两项吸热而有余，导致整个过程焓变化数值较Cs小，所以E^■（Li⁺/Li）值比E^■（Cs⁺/Cs）小。

虽然E■（Li⁺/Li）<E^■（Na⁺/Na），但锂的熔点高，升华热大，不易活化；同时锂与水反应生成的氢氧化锂的溶解度小，覆盖在金属表面，从而减缓了反应速率。因此，金属锂与水反应还不如金属钠与水反应激烈。

与碱金属相似，M²⁺水合离子的生成热也是由金属的升华热、原子的电离势以及气态离子水合热三项决定的，所不同的是电离势项为第一、第二电离势之和，即

ΔH^■_f（M²⁺，aq）=ΔH^■_s+（I₁+I₂）+ΔH^■_h

虽然碱土金属的气态离子水合热较大，似乎更有利于水合离子M²⁺（aq）的形成，但由于第一、第二电离势之和也较大，结果使其ΔH^■_f（M²⁺，aq）仍大于碱金属，即需吸收更多的热。因此碱土金属形成水合离子的趋势较碱金属小，E^■值比碱金属大一些，还原性不及碱金属强。

碱金属和碱土金属中的钙、锶、钡及其挥发性化合物在无色的火焰中灼烧时，其火焰都具有特征的焰色，称为焰色反应。产生焰色反应的原因是它们的原子或离子受热时，电子容易激发，当电子从较高能级跃迁到较低能级时，相应的能量以光的形式释放出来，产生线状光谱。火焰的颜色往往是相应于强度较大的谱线区域。不同的原子因为结构不同而产生不同颜色的火焰。常见的几种碱金属、碱土金属的火焰颜色列于表10-3中。分析化学中常利用焰色反应来检定这些金属元素的存在。

表10-3 常见碱金属、碱土金属的火焰颜色