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碱土金属是元素周期表中的第二主族元素,包括镀、镁、钙、锶、钡、镭六种元素。它们的化学活泼性仅次于钠、钾等碱金属元素。由于它们的氧化物具有碱性,熔点极高,所以叫做碱土金属。
这一族元素就像亲兄弟一样,"相貌"和"脾气"相似,但还有各自的独特"性格"。
除皱是钢灰色外,其余都是银白色金属。由于它们原子最外层只有两个电子,所以,都是非常活泼的金属。在自然界中它们从不以单质状态存在,而耍得到它们的单质,一般用熔盐电解的方法。它们的化学活泼性依皱到钡的顺序而增加。如,钙在常温下不与氧作用;而锶暴置在空气中会迅速被氧化;钡在潮湿空气中就可以自燃。
它们虽然都是轻金属,但是硬度却很大。皱能和钢铁相比。如在铜里加入2.5%的镀形成的合金,其硬度可以增加六倍。镁铝合金比钝铝更坚硬,所以大量用于飞机制造工业。成为重要的"国防金属"。
它们在火焰中燃烧,会发出不同颜色美丽的光辉。如镁在空气中燃烧会射出耀眼的白光;钙燃烧产生砖红色光芒;钾产生的洋红色非常鲜艳;钡燃烧时也发出格外好看的绿色的光。我们节日所放的焰火中就是因为加入了碳酸锶、硝酸钡等物质才发出了五光十色、绚丽多彩的光,更增添了节日的欢乐气氛。
除此以外,这六兄弟还能与硫、氮、磷、氧化合,形成相应的化合物。前面提到过,它们的氧化物熔点较高,常用于制耐火砖、坩锅、熔炉的衬里以及绝缘材料。钙、锶、钡还有一个与碱金属类似的"脾气"——形成过氧化物和超氧化物。其中只有过氧化钡容易制得并且有重要用途。在潜艇中用它吸收二氧化碳并放出氧。
我们还是着重讲一下镁和钙吧!
镁是英国化学家戴维在年用电解法首先发现的。镁很轻但十分坚硬,结构性能也不错。
因为镁在空气中燃烧时能射出耀眼的亮光,所以人们便用镁粉来制成闪光粉,供夜间摄影用。另外,人们也用镁粉来制成照明弹、焰火等。
不过,镁的最重要的用途是用来制造合金,如前面提到的"国防金属"镁铝合金。
镁最重要的化合物是氧化镁和硫酸镁。氧化镁熔点非常高,达℃,是很好的耐火材料。砌高炉用的"镁砖",就含有许多氧化镁,它能耐得住℃以上的高温。氧化镁也被用来制造水泥和纤维板。
在生物学上,镁极为重要。因为它是叶绿素分子中的核心原子﹣﹣在镁原子的周围,围着许许多多氢原子、氧原子等,组成叶绿素分子。在叶绿素中,镁的含量达2%。要是没有镁,就没有叶绿素,也没有绿色植物,没有粮食和青菜了。据估计,在全世界的植物体中,镁的含量高达亿吨。在土壤中施镁肥,可以显著地提高产量,尤其是甜菜。
在大自然中,镁是分布很广的元素之一。在地壳中,镁的含量约为14%。金属钙是英国化学家戴维和瑞典化学家柏齐利马斯在年制得的。钙是银白色的金属,比锂、钠、钾都要硬、重,在℃熔化。
在工业上,金属钙的用途很有限,如作为还原剂,用来制其它金属;用作脱水剂,制造无水酒精;在石油工业上,用作脱硫剂;在冶金工业上,用它去氧或去硫。然而钙的化合物,却有着极为广泛的用途,特别是在建筑工业上。
比如常用的大理石,就是石灰石中的一种。石灰石的化学成分是碳酸钙,它常被用来修水库、铺路、筑桥。
石灰石在石灰窑中,和焦碳混合在一起锻烧后,制成生石灰。生石灰的化学成分是氧化钙。硫酸钙也是钙的重要化合物,俗名石膏。在工业上,人们用石膏做成各种模型,来浇铸金、银、铝、镁。铜以及这些非铁金属的合金。
钙是人体和动物必不可缺的元素。人和动物骨骼的主要成分,便是磷酸钙。血液中也含有一定量钙离子,没有它,皮肤划破了,血液将不易凝结。据测定,人一昼夜需摄取0.7克钙。在食物中,以豆腐、牛奶、蟹、肉类含钙较多。植物也很需要钙,尤其是烟草、荞麦、三叶草等。
在大自然中,钙是存在最普遍的元素之一,占地壳原子总数的1.5%。在所有的化学元素中,钙在地壳中的含量仅次于氧、铝、硅、铁,居第五位。
在碱土金属中,最与众不同的要数镭了。镭有一个最奇特的"脾气"一一能放出射线,它的放射性比铀还要强好几万倍。
硫化锌、硫化镉在镭射线照射下,能发出浅绿色荧光。夜光表就是利用这一原理制成的。另外,镭射线能破坏动物体,杀死细胞细菌,所以可用它来医治癌症。
在碱土金属家族中,还有一个年轻有为的成员一一皱。作为空间系统的结构材料,还是最近20年逐渐被采用的。它在导弹、卫星和宇宙飞船的制造中大显身手。因为镀的比热大,有良好的吸热能力,所以,镀是宇宙飞船理想的热屏蔽材料。被比重小而性能优异,在导弹和宇宙飞船上有重要的应用。另外,皱在飞机、太阳能电池、惯性导航系统及原子能反应堆中,都有着非常重要的应用。