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元素周期表中如何判断物质的碱性

时间:2023-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:一直到了公元1754年,由英国化学家布拉克通过实验,探明温和碱、苛性碱与二氧化碳关系以后,但是这两种碱的化学成分依然没有弄清。当时的化学大师还认为苛性碱是金属氧化物呢,这位化学大师就是英国化学家拉瓦锡。

碱金属这一名称的由来

在自然界,所有的金属几乎都有氢氧化物,在化学上,金属的氢氧化物都被叫做碱,它是无机化合物中一个重要的物种,叫做碱类。

在古代,人们曾经一度把所有的碱性物质都叫做碱。我国远古时代,人们在生活和生产实践中,很早以前就开始使用碱性的物质进行特殊的一些反应了,如给陶瓷制品上釉,配料的时候大多用生石灰,把生石灰和瓷土调成浆以后,实际上是氧化钙的生石灰容易和水发生反应便生成了氢氧化钙,干了以后烧成时,在高温下,氢氧化钙分解成氧化钙的同时,也能和瓷土中的二氧化硅反应来生成熔点比较低的硅酸钙,它冷却以后就形成了光滑不透水的釉。人们可以用氧化钙这一种碱性氧化物的碱性,跟二氧化硅这一酸性氧化物的酸性,能够化合生成盐(硅酸钙)的反应来造釉的,只是在做这个实验的时候,他们的头脑里面并没有酸和碱的概念。

在我国,古人用碱的时间虽早,但是对碱的认识较晚。在东汉末年的时候,大约是公元200年,有叫做《神农本草经》的一本书上,就写着一种叫做“卤碱”的药物。但是在时隔300多年以后,南北朝时候的大药物学家陶弘景,并不知道这种东西是什么。大约又过了1000多年,明朝时候的大药物学家李时珍才解释说,用盐碱土浸泡而来的汁液,经过熬浓析盐以后,冷却下来的卤水中便出现了一些凝结如石的东西,就是卤碱。现在推测,这种所谓的卤碱很可能就是氯化镁,碳酸钠等。在我国的古代,碱字有多种写法,从字的偏旁就可以知道,它总是从卤、土、石出发,后来统一才用了碱字表示,它所指的具体的含义也从原来泛指的碱性物质改为了化学上的碱了。

在早些时候的西欧,把一切碱性的物质都称为碱,后来又把碱性物质分为温和碱、苛性碱,并掌握了由温和碱(即碳酸钾、钠)制苛性碱(即氢氧化钾、钠)的方法。

一直到了公元1754年,由英国化学家布拉克通过实验,探明温和碱、苛性碱与二氧化碳关系以后,但是这两种碱的化学成分依然没有弄清。当时的化学大师还认为苛性碱是金属氧化物呢,这位化学大师就是英国化学家拉瓦锡。他的根据就是这些物质的化学性质都能和酸发生反应,其中有一些物质与氧化汞(当时另有一个名称)能分解成为汞和氧气,那么其他的物质当时虽然没法分解,但是必然也含有一种金属和氧了。

拉瓦锡在自己的看法还没有改变以前就死了,英国的化学家戴维接受了拉瓦锡的观点,并且想用实验的办法加以证实。这时正好是意大利物理学家伏特发明电池(由铜片锌片和稀硫酸组成的简单电池)后不久,就有人使用电流来电解水而获得了成功,戴维也想使用电流来分解苛性钾,开始他把水溶液电解了,结果只在阴阳两个电极上分别产生了氢气和氧气,这个时候他意识到了这是水被电解了,便改用加热的方法使苛性钾熔化以后再电解,用这个方法他终于得到了金属钾,不久又用了相同的方法制出了金属钠。在1807年的时候,钾、钠都被发现。

10年以后,瑞典的化学家阿尔费德森在研究一种矿石的时候,在其中发现了一种含有类似钾、钠的元素,并且想把它制成金属,但是没有成功。戴维听说了这个消息以后,便用了极其强大的电流,才制出了极少的一点金属,后来它被起名叫“石头中的隐士”(大意),汉语的音译名称叫“锂”,直到1855年有人(德人本生和马提生)用熔融的氯化锂电解,才得到了较多的金属锂,方有条件来研究它的性质。

在1859年的时候,本生与另一位德国的物理学家基尔霍夫发明了分光镜,人们便开始用它来寻找一些未知的元素,于是本生便用了这台仪器,在1860年的时候便发现了元素铯,几个月以后又发现了元素铷。在火焰光中用分光镜看铯的线条是蓝色,铷的光亮线条是深红色的,所以分别是用“色如蓝天”和“红色超群”的意思来命名的,用中文完全是音译,“铯”和“铷”两个字,也就再看不出它们蓝、红的特色来了。

锂、钠、钾、铷、铯五种金属元素的性质相似,在前后五十多年的时间里,都相继地被发现了。它们的发现以及化学性质都极为相似,它们的原子量也是一个比一个大,化学的活动性也是一个比一个强,原子量的大小和性质上的差别与别的元素对比,所有的这些都给科学家为元素分类,提供了一些很有价值的材料。

在1829年的时候,德国的德贝莱纳开始对元素的原子量和化学性质之间的关系进行了研究,并从当时已知的54种元素里,找出了一些性质相似的元素组,其中每一组包括三种元素,而且在这三种元素当中,位置在中间的元素的原子量,差不多是前后两元素的原子量的平均值,化学活泼性在两者之间。他就以氧原子量为100做标准,列出了锂、钠、钾三者的这一关系是:

Li=95.310  Na=290.897

K=489.916

(Li+K)/2=(95.310+489.916)/2=292.631≈Na

后来,有人又找出了许多种元素的原子量和元素性质的关系。

一直到了1869年的时候,俄国的门捷列夫在他所编制的第一张元素周期律表里,就把锂、钠、钾、铷和铯排在了一行当中。而且这种元素分类系统表,经过几次的补充和修改,便成了举世闻名的元素周期表,锂、钠、钾、铷和铯都位居于其中的第一个纵行,最下面又加上了一种放射性的元素钫,这六种元素,除了化学性质一个比一个更活泼以外,它们的氢氧化物都易溶于水,是苛性最强的碱,所以人们统称它们为碱金属,对于元素周期表来说,这一纵行的名称就被称为碱金属元素族。

元素中还有许多的其他的碱性的物质,如铍、镁、钙、锶、钡、镭的氧化物、氢氧化物都有碱性,最早认为它们是碱土,这六种金属元素就被称为碱土金属,别的都不强调有碱性了。

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