钾为什么比钠轻

钾为什么比钠轻

如果问你金子和棉花那个“重”，你可能会毫不犹豫地回答：“那还用问，当然是金子重啦！”，但一枚金币难道会比一大包棉花重吗？所以要“公平”地比较不同物质的轻重，则还需限定在体积相同的前提下再去比较。单位体积内物质的质量称作该物质的密度，用密度来比较不同物质的轻重似乎更科学。

即使是相同聚集态的不同物质，其密度也是相差很大的。对于固态物质，其密度的大小大体有以下顺序：金属晶体密度最大，离子晶体和原子晶体的密度居中，而分子晶体的密度最小。金属晶体的密度一般较大，其原因有二：一是金属原子量一般较大，另一是金属原子构成金属晶体时，金属原子堆积得很紧，彼此间的空隙很小。当然不同金属的密度也相差很大，密度最大的金属锇（Os），其密度高达22．48克／厘米³；而密度最小的金属锂（Li），其密度仅有0．534克／厘米³，比煤油的密度还小。

碱金属是金属晶体中密度最小的一族金属，锂、钠、钾、铷和铯，它们的密度依次是0．534、0．97、0．86、1．532和1．879克／厘米3。碱金属密度小的原因，一是原子量相对较小，一是原子半径相对较大，因为碱金属位于每一个周期的第一个元素。从碱金属的密度数据可以看出，从锂到铯，其密度变化的趋势是从小到大，其中前3种金属的密度比水还小，将它们放在水中时，会浮在水面进行化学反应，而后两种金属的密度比水要大一些。

图6－1　碱金属的晶胞结构

如果你仔细分析碱金属的密度数据，会发现其中有一对“反常者”，那就是钠和钾。钾在钠的下面，但金属钾的密度却比钠还小，这又原因何在呢？实验测定表明，碱金属的晶体结构相同，均为立方体心结构（图6—1）。由图可知，晶胞中的金属原子数为2，而金属原子在立方体的体对角线方向接触，因此立方体的边长a与原子半径r的关系为：而碱金属的理论密度为：d＝式中A为碱金属的原子量；r为原子半径，计算时应以厘米为单位；N是阿伏加德罗常数。根据上式，只需查出各碱金属的原子量和原子半径数据，即可求出各碱金属密度的理论计算值。而当定性地比较碱金属密度的大小顺序时，无需进行上面的具体计算。因碱金属的晶体结构相同，则决定它们密度大小的因素只有两个，即金属的原子量和原子的体积。我们根据碱金属原子量和原子半径的数据，可以算出下、上相邻的两种碱金属的原子量之比和原子体积之比，具体结果如下：

表6－1　碱金属原子量之比和原子体积之比

数据表明，从金属锂到铯，一般地说，质量增加的倍数高于体积增加倍数，因此从上到下密度逐渐增大。但唯一的例外是从钠到钾，其质量增加的倍数小于体积增加倍数，这就是导致钾比钠密度还小的本质原因。搞清楚了原因，“反常”也就成了情理之中的事了。