s区第1（1A）族元素　碱金属（Alkali metals）

Li,Na,K,Rb,Cs,Fr

碱金属是元素周期表中第1族（即ⅠA族）金属元素的总称。它们有很高的化学活性，是金属性最强的还原剂，易于失去价电子变为一价正离子。碱金属和卤素、氧、硫等反应生成离子化合物，和水反应生成碱（MOH）并放出氢气（H2）。这一族元素最为突出的特点是其氧化物和氢氧化物具有碱性，因而得名。碱金属与水反应时剧烈情况不同：

Li　　　　Na　　　　K　　　　Rb　　　Cs

平稳　　剧烈　　剧烈，燃烧　爆炸　　爆炸

碱金属溶于纯液氨，形成导电的溶液，浓度小时呈蓝色，浓度大时呈黄褐色。研究发现，蓝色与氨合电子有关。

碱金属发生焰色反应，各显示其特征的颜色。

Li　　　Na　　　　K　　　Rb　　　Cs

深红色　黄色　　紫色　　紫色　　蓝色

3号元素　Li锂

1817年阿尔费德森（J.A.Arfvedson，瑞典）在分析一种名为“叶石”（硅酸铝锂）的矿石时发现了锂，其拉丁文lithia原意为“石头”。自然界中锂主要以锂辉石和锂云母等矿物存在。

锂是银白色最轻金属，质软，但比钠、钾硬。性活泼，在空气中易被氧化而变暗，需储藏于煤油或惰性气体中。锂盐在水中的溶解度与镁盐相似，而不同于其他碱金属盐。锂的同位素6Li经反应堆里的中子照射后，可产生氚（详见氢的核反应和核能）。锂的热容较大（3.58J·g-1·K-1），故用于核反应堆中吸收裂变反应放出的热，也用于制造轻合金（与铍、镁、铝等）。由于锂的原子质量很轻而电极电位低（=-3.04V），是良好的电极材料。锂电池已广泛地用于手提电脑、移动电话、照相机等电子产品。

锂电池　锂是摩尔质量最小的金属，同时有着很低的电极电势，因此锂电池有较高的能量密度。锂电池于20世纪70年代问世，当时采用锂金属单质作负极，使用中存在一定安全隐患。20世纪80年代，提出了“摇椅电池”的概念，即充放电过程中，锂离子如在正负电极间来回移动。由于锂离子半径只有76pm，可在多种晶体结构中移动而不破坏母体结构，实现可逆的嵌锂、脱锂过程，即所谓的“锂离子电池”。电池由正极、负极和电解质三部分组成。目前，锂离子电池通常采用石墨作为负极，电解质是LiClO4（或LiPF6）与有机溶剂（碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等）的混合物，正极活性材料为层状金属氧化物，典型的材料是LiCoO2。在充放电过程中，电极发生下述反应。

放电过程：LiCx（x≈6）+CoO2→Li1-yCx+LiyCoO2（0<y<1）

充电过程则是上述放电反应的逆过程。

11号元素　Na钠

1807年戴维（H.Davy，英）通过电解苛性钠制得金属钠。元素名称源于英文“soda”，意为“苏打”。元素符号源自拉丁文Natrium。地壳中钠含量丰富，其主要存在形式是氯化钠。海水中盐类占4％，其中的氯化钠含量高达3％。在海边建盐田，引入海水，经风吹日晒，蒸发掉水分，即可结晶出NaCl晶体。全球每年生产的氯化钠超过2亿吨。通过电解熔融氯化钠制的金属钠每年产量约10万吨。

钠是银白色金属，质轻且软并富延展性，常温时呈蜡状，低温时变脆。液体钠是液体中传热本领最高的一种，有些核电站用它做冷却剂。钠的化学性质非常活泼，一般存放在煤油中。钠能和许多非金属直接化合。燃烧时呈现黄色火焰。遇水剧烈作用，生成氢气和氢氧化钠，在冰上也能与水作用而燃烧。钠有许多用途，钠光灯可用作单色光源，并用于公路和机动车的照明。含钠的大宗工业产品有：氢氧化钠（NaOH），又称苛性钠、烧碱、火碱；碳酸钠（Na2CO3），又称纯碱、苏打；碳酸氢钠（NaHCO3），又称小苏打。

生物学作用　钠约占人体质量0.15％，多以钠离子（Na+）形式存在，60％的钠存在于细胞外液（浓度为136～146mmol/L），10％存在于细胞内液（浓度为10mmol/L），其余30％存在于骨中，骨骼可视为Na+的体内储存库；Na+和氯离子（Cl-）是维持细胞外液渗透压的主要离子。Na+对维持神经肌肉系统的应激性有重要作用。血浆中Na+浓度升高，心肌兴奋性增强。每人每日需钠2g，即需摄入食盐5g，摄入量过多易引发高血压。

19号元素　K钾

1807年戴维（H.Davy，英）通过电解苛性钾首先制出金属钾。元素名称源于英文“potash”，意为“木炭碱”（碳酸钾），说明来自苛性钾。元素符号源自拉丁文Kalium。天然矿物有钾石盐（KCl）、钾硝石（KNO3）、光卤石（KMgCl3·6H2O）和钾长石［K（AlSi2O6）］等。海水里含微量的钾盐，陆生植物和海藻燃烧后的灰分里含较多的碳酸钾。

钾是银白色蜡状金属，质软，比水还轻。钾的化学性质极为活泼，燃烧时呈紫色火焰。需存储在煤油中。超氧化钾（KO2）与水和CO2作用可产生O2，用于供氧装置中。钾钠合金（NaK）的熔点只有-12.5℃，易传热又不易固化，故在增殖反应堆中用作热交换剂。40K存在于许多岩石中，半衰期长达12.5亿年，故广泛应用于岩石年代的确定。

生物学作用　钾是人体常量元素。以钾离子（K+）形式存在，98％存在于细胞内液，其中K+含量高达150mmol/L，而在细胞外液中K+含量仅4.1～5.6mmol/L（成人）。K+对维持神经肌肉系统的应激性有重要作用，对神经信号的产生和传输至关重要，对心肌有抑制作用。钠和钾是人体必需元素。细胞膜上有特定功能的“离子泵”，控制细胞内外离子的浓度，Na+主要在细胞膜外，K+主要在细胞膜内，二者维持一定的浓度保持心肌和神经肌肉的正常功能。天然食物中含钾丰富，正常膳食可满足机体对K+的需要。长期不进食的人要注意补钾。钾是植物生长所必需的元素之一，对促进茎叶生长、增加植物籽实和块根里的淀粉和糖的含量起着重要的作用。钾和氮、磷一起构成化学肥料的三大主要成分。

37号元素　Rb铷

1861年本生（R.W.Bunsen，德）和基尔霍夫（G.R.Kirchoff，德）用光谱法从锂云母矿中发现了这种元素。名称源于其在光谱中呈深红色，用希腊文“rubidus”（意为深红色）命名。在自然界，铷散布在光卤石和很少见的铯榴石［Cs（AlSi2O6）］中。

铷是银白色蜡状金属，质软。化学性质极活泼，胜于钾，需储存于煤油中。铷受光照易放出电子，用于电视机和光电管以及光电池的生产中。铷汞齐用作催化剂。RbAg4I5室温下具有优良的离子导电性。

55号元素　Cs铯

1860年本生（R.W.Bunsen，德）和基尔霍夫（G.R.Kirchhoff，德）用分光镜检验矿泉水的光谱时发现了这种元素。名称源于拉丁文“caesius”，意为“天蓝色”，因铯的光谱中有两条蓝线。在自然界，铯分散在光卤石和很少见的铯榴石［Cs（AlSi2O6）］中。

铯是银白色金属，质轻而软且有延性。金属铯的熔点（28.5℃）仅高于汞，应储存于煤油中。铯在光照下易放出电子，用于制光电管、摄谱仪、红外信号灯、光学仪器和检测仪器，还用于清除真空系统（如电视机显像管）中的残余气体。133Cs被确定为时间的标准，即铯原子钟。

铯原子钟　利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准，去控制校准电子振荡器，进而控制钟的走动。1967年，国际单位制（SI）定义“1秒钟等于铯-133原子在两个能级之间转换9192631770个辐射周期所需要的时间”。

137Cs是铀裂变的主要产物之一，为高毒性的放射性同位素。2011年日本福岛核电站因地震受到破坏，137Cs溢散到大气中。

87号元素　Fr钫

1939年佩雷（M.Perey，法）研究锕的衰变产物时发现钫，为纪念其祖国法兰西（France）而命名。223Fr是自然界中钫唯一存在的同位素，地壳中含量估计仅为24.5g。