[杂化轨道理论]同一原子中能量相近的原子轨道,在成键时组合成成键能力更强的新轨道的过程,称作原子轨道的杂化。形成的新轨道称作杂化轨道。有几条原子轨道参加杂化就能得到几条杂化轨道。杂化轨道理论是在电子配对为基础的价键理论上提出并发展的。杂化轨道理论能很好地解释有机化合物的分子空间结构问题。例如,碳原子最外层的电子排布为2s22p2,有两个未成对电子,按电子配对法只能形成两个共价键,而两个共价键的键角应是90°,但实际上甲烷分子中4个C-H键完全相同,键角是109°28′。杂化理论认为,碳原子成键时2s中的1个电子吸收能量被激发到2p轨道,形成4个未成对电子,然后1个s轨道和3个p轨道组合形成4个等价的sp3杂化轨道,分别与4个氢原子形成4个共价键,键角都是109°28′,是正四面体构型。
[σ键]两个原子轨道沿键轴方向重叠而形成的一种以两个原子核之间的直线为对称轴的共价键叫σ键。构成σ键的电子叫σ电子。σ键是原子轨道沿轴向重叠的,具有较大的重叠程度,因而比较稳定。σ键可以自由旋转,而不影响电子云的分布。
[π键]成键原子的未杂化的p轨道,通过平行侧向重叠所形成的共价键叫π键。两个p轨道侧向重叠,其重叠程度比轴向重叠的σ键小,稳定性不如σ键,两个p轨道在平行时才能较大地重叠,当形成π键的两个原子以核间轴为轴相对旋转时,会使p轨道重叠程度减小,导致π键的破坏,π键电子云密集在核间轴平面的上面和下面两部分,受两核的吸引力较弱,有较大的流动性。
[大π键]大π键通常是指苯环的6个成环碳原子各以1个未杂化的2p轨道彼此重叠(侧向)形成的封闭的共轭π键。
[单键]分子中两个成键原子各以1个未成对电子形成一对共用电子对,这样的共价键叫单键。单键通常都是σ键。
[双键]分子中两个原子间共用两对电子所形成的共价键叫双键。双键不是单键的简单加和,通常都是由1个σ键和1个π键构成的。如乙烯“C=C”键键能是598千焦/摩尔,小于乙烷“C-C”键键能(347千焦/摩尔)的两倍。乙烯分子中的两个碳原子各形成3个sp2杂化轨道,两个碳原子间形成1个σ键,两个碳原子各以σ键再结合两个氢原子,这些σ键同处于一个平面上,各σ键间的键角约120°,而两个未杂化的p轨道垂直于该平面并侧向重叠形成π键。双键中的σ键不能象单键的σ键那样自由旋转。其中的π键易被破坏发生加成反应。
[叁键]分子中两个原子间共用三对电子所形成的共价键叫叁键。参键不是单键或单键与双键的简单加和。叁键通常是由1个σ键和2个π键构成。如乙炔分子中两个碳原子各形成两个sp杂化轨道,两个碳原子间形成1个σ键,两个碳原子各以σ键再结合1个氢原子,这些σ键同处于一条直线上。两个碳原子各以两个未杂化而且相互垂直的P轨道,平行地侧向重叠形成两个π键,π键易被破坏发生加成反应。
[苯环结构]苯环中每个碳原子各以3个电子按sp3杂化而形成三个σ键(1个C-H键和两个C-C键)这三个σ键之间均为120°,6个碳原子处于同一平面上并形成正六边形。每个碳原子各剩余1个未杂化的p轨道,垂直于苯环的平面,彼此平行侧向重叠,形成一个π电子云完全平均化的闭合π键,这种大π键在通常情况下是稳定的。
[诱导效应]分子中两个电负性不同的原子或原子团成键时,由于它们吸引电子的能力不同,就会产生永久偶极,这种极化作用可以沿σ键传递下去,这种作用叫诱导效应。诱导效应的传递由一个原子传至下一个原子,向同一方向,由近及远,明显减弱,超过三个原子时可以忽略不计。如氯乙的电负性强,产生诱导效应,导致生成物酸性增强:
[共轭效应]由一个单键隔开的两个双键,如1,3-丁二烯CH2=CH-CH=CH2,叫共轭双键。含共轭双键的分子体系称为共轭体系。由于相邻的p轨道电子云互相发生作用,使键电子云分布趋于平均化,形成统一的整体。这种电子云分布平均化的结果,使得单键和双键的性质发生变化,与单独存在的单键和双键不同。这种变化叫共轭效应。共轭效应主要是通过π键传递,能从共轭体系的一端传递到较远的另一端,例如对硝基苯酚。
羟基中的氧原子上的负电荷能分散到包括硝基在内的共轭体系中,使得羟基的H-O键易断裂,其酸性比苯酚强得多。如2,4,6-三硝基苯酚,由于苯环上引入了3个硝基,使其酸性与无机强酸相近。取代基对有机物的影响往往同时具有共轭效应和诱导效应,这两种效应的方向可以一致,也可以不一致。如对氯苯酚中氯原子的诱导效应和把p电子云分散到整个共轭体系中的共轭效应在方向上是不一致的。
[定位效应]苯环上原有取代基对新引入取代基位置的影响叫定位效应。苯环取代基的定位效应,可用诱导效应和共轭效应解释。取代基对苯环的诱导效应,导致苯环上与带取代基的碳原子上的π键电子云发生移动,使一些电子云分布相对较大的位置上活性较大,亲电取代反应主要发生在这些部位上,即为新导入的取代基确定了位置。苯环上原有取代基也叫定位基,邻对位定位基一般使苯环活化,取代反应比苯易于进行。常见的邻对位定位基有:-NH2、-OH、-NHCOCH3、-CH3(-R)、-X。一般邻对位定位基与苯环直接相连的原子具有未共用电子对(如O、N、卤素)或烷基。间位定位基一般使苯环钝化,取代反应比苯难于进行。取代反应主要发生在间位上。常见的间位定位基有-NO2、-CN、-SO3H、-CHO-COOH、-NR3+等。这类取代基直接和苯环相连的原子上一般有重键或带有正电荷。
[同分异构]分子组成相同,但分子结构和性质不同的化合物叫做同分异构体。这种现象称为同分异构现象。
[碳架异构]分子组成相同,但分子中碳原子相互连接的顺序不同的化合物叫碳架异构体。如C5H12有三种异构体:
碳架异构只涉及到碳原子的结合顺序,不涉及到分子中各原子在空间的排列和定向。随分子中碳原子数的增多,碳架异构的数目也随之增多。
[位置异构]分子组成相同,但分子中的取代基或官能团(包括C≡C和C≡C键)在碳链或碳环上的位置不同的化合物叫做位置异构体。如丙醇有两种异构体:
位置异构只涉及到取代基或官能团的位置,通常是对碳架结构相同的化合物而言的。
[类别异构]分子组成相同,但由于分子中各种原子结合的方式或顺序不同,因而具有不同官能团的化合物叫类别异构体。如乙醇和甲醚,乙酸和甲酸甲酯,丙醛和丙酮等互称为类别异构体。类别异构体与碳架异构体和位置异构体有很大的不同。类别异构体在化学性质上往往有本质的差别。
[顺反异构]顺反异构即几何异构。通常存在于含有双键或环架结构的分子中,双键中的π键不能旋转,环架结构也阻碍了C-C单键的旋转,不同取代基在空间可形成不同的分布而产生异构,顺反异构分顺式和反式两种。若相同的原子或取代基在双键或碳架规定平面的同一侧叫顺式,若位于两侧叫反式。如含C=C双键和ab两种原子团
具体的物质象丁烯二酸,有顺丁烯二酸和反丁烯二酸
含环架结构的象1,4一二甲基环乙烷:
[对映异构]对映异构即旋光异构。在分子中,与四个不同原子或原子团直接相连的碳原子叫做不对称碳原子,如乳酸分子中,与甲基、羟基、羧基、氢原子直接相连的碳原子,不对称碳原子周围的四个不同原子或原子团可以有两种互为镜象关系,但不能彼此重合的四面体空间构型,这两种构型互为对映异构体。对映异构体的物理及化学性质都相同,但在一定条件下的旋光方向相反。使偏振光左旋的为“左旋体”,使偏振光右旋的为“右旋体”,左旋体用L-或(-)-表示,右旋体用D-或(+)-表示。乳酸对映异构体费歇尔投影式可表示如下:
若将乳酸的左旋体和右旋体等量混和后,用“(±)-乳酸”表示。由于它们对偏振光的作用相互抵消,故不再有旋光性,叫外消旋体。
[官能团]具有特定结构和性质,在有机物分子中容易发生化学反应并能决定有机化合物主要化学性质的原子或原子团。
[烃基]烃分子中去掉一个或几个氢原子剩余的原子团叫做烃基。根据去掉的氢原子的数目,可将烃基分为一价基、二价基、三价基等;根据烃基对应的烃可分为烷基、乙烯基、苯基等。
[烷基]从烷烃分子中去掉一个氢原子后得到的烃基叫烷基。烷基是一价基,可用通式CnH2n+1来表示,习惯上用字母R代表,常见的有:
[碳碳双键]它的结构参见“双键”条,可以看作烯烃的官能团,双键中的π键容易打开,发生加成反应,也可以发生聚合反应。
[碳碳三键]它的结构参见“三键”条,“-C≡C-”可以看作炔烃的官能团,炔烃的不饱和性比烯烃更大,叁键中的两个π键可分两步打开,发生加成反应,最后得到饱和的化合物。炔烃也可以发生聚合反应。
[乙烯基]乙烯分子中去掉一个氢原子剩余的部分叫做乙烯基(CH2=CH-),如乙烯基乙炔(CH2=CH-C=CH)、苯乙烯(C6H5CH=CH2)等分子中都含有乙烯基。
[苯基]苯分子去掉一个氢原子剩余的部分(C6H5-)叫做苯基,如硝基苯()、苯酚()、溴苯()等分子中都含有苯基。
[苯甲基]亦称“苄基”。甲苯分子中甲基上去掉一个氢原子剩余的部分()叫苯甲基,如苯甲醇()和苄氯()等分子中都含有苯甲基。
[苄基]见苯甲基条。
[羟基]亦称“氢氧基”,由H和O组成的一价原子团(-OH)。在无机碱类、无机含氧酸及有机化合物的醇类、芳香醇类、酚类、羧酸等分子中都含有这种官能团。
[氢硫基]见巯基条。
[巯基]亦称“氢硫基”,由H和S组成的一价原子团(-SH),如甲硫醇(CH3-SH)、硫酚(C6H5SH)等分子中含有这种原子团。
[氢硫基]见巯基条。
[醛基]羰基()和一个氢原子结合而成的原子团()叫做醛基,是醛类的官能团,如乙醛()。
[羰基]系由C和O组成的原子团(),在醛类()和酮类()分子中都含有该原子团。碳氧双键在一定条件下能发生加成反应。如丙醛与氢气加成生成1-丙醇,丙酮与氢气加成生成2-丙醇等。
[羧基]羧基是羧酸分子中的官能团()。羧基可以看成是羰基()和羟基(-OH)结合而成的一价原子团。
[酰基]无机含氧酸或羧酸分子中去掉羟基(-OH)后剩余的部分。如磺酸基(-SO3H)、硝基(-NO2)、乙酰基()、苯甲基酰()等。
[硝基]亦称“硝酰基”(-NO2)。硝基可以看成是硝酸(HO-NO2)分子中去掉一个羟基(-OH)后剩余的部分,也可以用来表示,它是硝基物如硝基甲烷(CH3NO2)、硝基苯()等的官能团。
[磺酸基]亦称“磺基”。是硫酸分子中去掉一个羟基后剩余的部分,用-SO3H来表示。磺酸基与烃基的碳原子直接相连时叫做磺酸(RSO3H),R可以是烷基,也可以是苯基。如苯磺酸()。有机化合物分子中引入磺酸基后可增加其酸性,又因为磺酸基是亲水性基团,可增加其水溶性。
[氨基]氨分子中去掉一个氢原子后剩余的一价原子团,用-NH2来表示。有机化合物如乙二胺()、苯胺()、乙酰胺()、α-氨基乙酸()、尿素()等分子中都含有氨基。有些有机物分子中引入氨基后,其碱性增强。
[氰基]亦称“氰根”。由碳、氮两种原子构成的一价原子团,用-C≡N或-CN来表示。无机氰化物及有机腈类物质如丙烯腈()、己二腈()等分子中都含有氰基官能团。
[偶氮基]系基团-N=N-两端都与烃基的碳原子相连的原子团。有机化合物如偶氮苯()、对-羟基偶氮苯()等分子中都含有偶氮基。偶氮化合物都有颜色,有的可用作染料。
[卤原子]卤原子通常是指F、Cl、Br、I等元素。有机化合物如卤代烃、酰卤等分子中都含有卤原子。象溴乙烷(CH3-CH2Br)和乙酰氯()等。
[铁]元素符号Fe,原子序数26,原子量55.847,外围电子排布3d64s2,位于第四周期第Ⅷ族。原子半径124.1皮米,离子半径Fe2+74皮米,Fe3+64皮米,第一电离能764千焦/摩尔,电负性1.8。银白色金属,密度7.86克/厘米3,熔点1535℃,沸点2750℃,常见化合价+2、+3。有良好延展性和传热导电性,纯铁容易磁化,也容易去磁。化学性质较活泼。在干燥空气中较稳定,在潮湿空气中易锈蚀。高温时能跟卤素、氧、硫、硅、磷、碳等化合,红热时跟水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气。溶于盐酸和稀硫酸生成亚铁盐和氢气。常温下在浓硫酸或浓硝酸中发生钝化。主要用于炼钢,制造铸铁和锻铁。还原铁粉用于冶金。在古代被发现。在地壳中丰度为4.75%,主要铁矿有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。工业用焦炭还原铁矿石制得。
[钢]指含碳量小于2%的铁碳合金。根据成分不同,又可分为碳素钢和合金钢。根据性能和用途不同,又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
[氧化铁]通常指三氧化二铁,化学式Fe2O3,式量159.69,棕红色粉末,俗称铁红。密度5.24克/厘米3,熔点1565℃。不溶于水,不与水反应。跟酸反应,生成铁盐。在高温下可被氢气、一氧化碳等还原成铁。用作颜料、抛光剂、催化剂等。灼烧硫酸亚铁或氢氧化铁制得。
[氧化亚铁]化学式FeO,式量71.85。黑色粉末,密度5.7克/厘米3。不稳定,在空气中加热时迅速被氧化成四氧化三铁,溶于盐酸、稀硫酸生成亚铁盐。不溶于水,不与水反应。在隔绝空气条件下加热草酸亚铁制得:
FeC2O4=FeO+CO+CO2
[四氧化三铁]化学式Fe3O4,式量231.54。铁在四氧化三铁中有两种化合价,经研究证明了Fe3O4是一种铁(Ⅲ)酸盐,即FeⅡFeⅢ[FeⅢO4]。黑色晶体,密度5.18克/厘米3。有磁性,故又称磁性氧化铁。潮湿状态的四氧化三铁在空气中容易氧化成三氧化二铁。不溶于水,溶于酸。用作颜料和抛光剂。磁性氧化铁用于制录音磁带和电讯器材。用红热铁跟水蒸气反应制得。
[氢氧化铁]化学式Fe(OH)3,式量106.87。红棕色无定形粉末,密度3.44-3.6克/厘米3。不溶于水。加热时分解成氧化铁和水。略具两性,碱性强于酸性。新制的易溶于酸,稍加放置后则难溶。新制的能溶于强碱溶液生成铁酸盐。用作颜料、药物和砷的解毒剂。由铁盐溶液跟氨水反应制得。
[氯化铁]化学式FeCl3,式量162.61。亦称三氯化铁。棕黑色六方晶体,密度2.898克/厘米3。在空气中易吸水潮解,易溶于水,由于水解呈黄褐色,显酸性。能跟水形成2-6个水分子的水合物,FeCl3·6H2O是桔黄色晶体。有氧化性。用作氯化试剂、氧化剂、止血剂、催化剂、印刷制版,制备铁盐和染料等。用盐酸跟氧化铁或用氯气跟氯化亚铁反应制得。
[氯化亚铁]化学式FeCl2,式量126.75。绿黄色六方晶体,密度3.16克/厘米3,溶于水和乙醇,由于水解,水溶液显酸性。从饱和溶液析出的晶体是FeCl2·4H2O,浅天蓝色单斜晶体,易潮解。在空气中易被氧化。有还原性。用作还原剂、媒染剂、医药、冶金及污水处理。由过量铁跟盐酸反应制得。
[硫酸亚铁]化学式FeSO4,常见的是含七个结晶水的硫酸亚铁FeSO4·7H2O,俗称绿矾。浅蓝绿色单斜晶体,密度1.898克/厘米3,64℃熔于结晶水。溶于水,水溶液显酸性。在空气中逐渐风化,同时被氧化为黄褐色的碱式铁盐。300℃时失去全部结晶水,无水物是白色粉末。有还原性,易被氧化,如被空气氧化时发生下列反应:
4FeSO4+2H2O+O2=4Fe(OH)SO4
强热时,分解为Fe2O3、SO2和SO3。用作还原剂、媒染剂、除草剂、木材防腐剂、净水剂、煤气净化剂、缺铁性贫血的补血剂、植物的杀菌剂、还可用于制备氧化铁、蓝黑墨水等。由铁跟稀硫酸反应制得。
[绿矾]见硫酸亚铁条。
[黄铁矿]矿物名。又称硫铁矿。主要化学成分为FeS2。等轴晶系,晶体多呈八面体、立方体或五角十二面体。晶面上有条纹。淡黄铜色,有金属光泽,条痕绿黑色。硬度6-6.5,密度4.9-5.1克/厘米3。有弱导电性。主要用于制硫酸。
[硫铁矿]见黄铁矿条。
[氢氧化亚铁]化学式Fe(OH)2,式量89.866。白色固体,难溶于水。密度3.4克/厘米3。受热易分解。溶于酸,不溶于碱。易被氧化。用碱溶液跟亚铁盐溶液反应可制得。但不易制得纯物,因Fe(OH)2在空气中迅速被氧化,变成灰绿色最后变成棕红色的Fe(OH)3。
[硫酸铁]化学式Fe2(SO4)3,式量399.7。浅黄色粉末,密度3.097克/厘米3,在潮湿空气中易潮解,变成棕色溶液。易溶于水,容易水解,溶液显酸性。480℃时分解生成氧化铁和三氧化硫。水合物很多,常见的有九水合物Fe2(SO4)3·9H2O,式量562.01。呈黄色,密度 2.1克/厘米3。在酸性溶液中有较强氧化性,可溶解铁、铜等。用于制颜料、药物,还用作媒染剂、净水剂。用氧化物或氢氧化铁跟硫酸反应制得。
[硝酸铁]化学式Fe(NO3)3·9H2O,式量404.02。无色或浅紫色单斜晶体。密度1.63克/厘米3,47.2℃溶于结晶水,在125℃分解。易潮解,溶于水和乙醇。微溶于硝酸。有氧化性。水溶液在紫外线照射下生成硝酸亚铁和氧气。用作化学试剂、催化剂、媒染剂、铜着色剂、医药。用氧化铁跟硝酸反应制得。
[硫化亚铁]化学式FeS,式量87.91。深棕色或黑色固体。密度4.74克/厘米3。不溶于水。溶于非氧化性酸(盐酸或稀硫酸)产生硫化氢。主要用于制备硫化氢。用铁粉、硫粉混合共热制得。
[铁钾矾]化学式K2SO4·Fe2(SO4)3·24H2O,或写作KFe(SO4)2·12H2O。又称硫酸铁钾,俗称铁矾。硫酸铁和硫酸钾的复盐。无色或淡紫色晶体。密度1.83克/厘米3,33℃熔于结晶水。在干燥空气中逐渐风化生成黄白色粉状物。溶于水,难溶于乙醇。80℃时分解为硫酸和碱式硫酸铁钾。主要用作媒染剂。将硫酸钾与硫酸铁溶液混合后结晶制得。
[铁矾]见铁钾矾条。
[硫酸亚铁铵]化学式(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O,式量392.18。俗称莫尔盐。是一种复盐。透明淡蓝绿色单斜晶体。密度1.864克/厘米3。100-110℃失去结晶水。有潮解性,溶于水,不溶于乙醇,在空气中比硫酸亚铁稳定。有还原性。用作化学试剂、医药。还用于冶金,电镀等。由硫酸亚铁溶液与硫酸铵溶液混合后,经浓缩、结晶制晶。
[莫尔盐]见硫酸亚铁铵条。
[铁锈]铁和铁基合金在含有二氧化碳的潮湿空气中受腐蚀生成的红褐色疏松多孔物质。是一种成分不定的混和物,主要成分有氧化铁、水合氧化铁(Fe2O3·xH2O)、水合氧化亚铁等。不溶于水,可溶于酸。
[铁铵矾]化学式(NH4)2SO4·Fe2(SO4)3·24H2O,即硫酸铁铵。式量968.42。无色或淡紫色晶体。密度1.71克/厘米3。230℃时失去结晶水。溶于水,不溶于乙醇。用作化学试剂和媒染剂。由硫酸铁与硫酸铵溶液混合后,浓缩、结晶制得。
[铁合金]炼钢用原料。在炼钢时作为脱氧剂与合金元素添加剂加入钢水中。常用的有硅铁、锰铁、铬铁等。铁合金比纯金属熔点低,比重大,容易加入钢水中。同时生产铁合金比生产纯金属简单经济。所以生产熔炼合金钢时,各合金元素多以铁合金状态加入。
[生铁]铁碳合金。一般把含碳量在2-4.3%的铁碳合金叫做生铁。在高炉冶炼过程中,常将铁矿石和焦炭中的硫、磷、硅等带入生铁内。因而使生铁有脆性。生铁产量的90%用于炼钢,10%用于铸造。
[白口铁]生铁中的一种。含碳量约2.5%,硅在1%以下。白口铁中的碳以碳化铁Fe3C存在。断面呈白色,质硬且脆,不易进行机械加工。主要用炼钢。
[灰口铁]生铁中的一种。含碳量约3%,含硅约2%。灰口铁中碳以片状石墨状态存在。断面呈深灰色。质较软,可进行切削加工。热时容易流动,铸造性能好。较耐磨。强度及延展性差。主要用于铸造。
[球墨铸铁]生铁中的一种。球墨铸铁中碳形成球状石墨。它的抗张强度,延展性都优于灰口铁。硬度高。因此,球墨铸铁可代替一部钢制造内燃机汽缸、汽缸套、大齿轮、金),再加入硅铁、使石墨完全球化。
[合金钢]又叫特种钢。除铁、碳以外,还含有一种或多种一定量的合金元素的钢。合金元素有硅、锰、钼、镍、铬、钒、钛、铌、硼,钨和稀土元素等。按照合金元素种类可分为:镍钢、铬钢、锰钢、钨钢、镍铬钢、硅钢等。按照合金元素的多少可分为:高合金钢(含合金元素10%以上),中合金钢(含5-10%)和低合金钢(含3-5%)。根据用途不同可分为:合金工具钢、合金结构钢和特种合金钢(如不锈钢)等。不同的合金钢具有不同的特性。
[不锈钢]能抵抗空气、水及一般酸、碱、盐等腐蚀作用的合金钢的总称。主要是含铬合金钢。常用的有铬不锈钢(含铬12%以上)和镍铬不锈钢(含铬18%和镍8%)两类。铬在钢中能提高钢的硬度、耐热性和耐腐蚀性,镍在钢中能提高钢的强度和韧性。所以镍铬不锈钢的耐腐蚀性和机械加工性能更优良。广泛用于制汽轮机和化工设备。
[特种钢]见合金钢条。
[赤铁矿]矿物名。主要化学成分为Fe2O3。三方晶系,晶体呈片状或菱面体状集合体,常呈致密块状或肾状。结晶质的赤铁矿呈铁黑至钢灰色;有金属或半金属光泽。胶态赤铁矿呈赭红色,无光泽。条痕均呈樱红色。硬度5.5-6.0。密度5-5.3克/厘米3。产于沉积矿床及各式内生矿床中。是炼铁的重要原料。
[磁铁矿]矿物名。主要化学成分是Fe3O4。等轴晶系,晶体常呈八面体和菱形十二面体、集合体呈粒状或块状。铁黑色,条痕呈黑色。金属光泽或半金属光泽。硬度5.6-6。密度4.9-5.2克/厘米3。有强磁性。生于变质矿床和内生矿床中,氧化后变为赤铁矿或褐铁矿。是炼铁的重要原料。
[钛铁矿]矿物名。主要化学成分为FeTiO3。三方晶系,晶体呈厚板状、菱面体状或不规则粒状。铁黑色或钢灰色。条痕黑色至棕红色。半金属光泽。微带磁性。硬度5-6,密度4.7-5.0克/厘米3。常和磁铁矿共生。是炼钛铁合金和制钛白的主要原料。
[钴]元素符号Co,原子序数27,原子量58.93,外围电子排布3d74s2,位于第四周期Ⅷ族。金属半径125.3皮米,第一电离能763千焦/摩尔,电负性1.8。主要氧化数+1、+3、+4。银白色金属,硬而有延展性,具有铁磁性,密度8.9克/厘米3,熔点1495℃,沸点2870℃。常温下不跟空气,水反应。白热时燃烧生成四氧化三钴,也能分解水蒸气。能跟卤素直接化合。能溶解于盐酸、硫酸和硝酸中。能被氢氟酸,氨水和氢氧化钠溶液缓慢侵蚀。用于制超硬耐热合金、磁性合金和切削工具用合金。同位素60Co是一种放射源,用于医疗、科研和生产中。1735年瑞典人布朗特煅烧钻矿得到钴。主要钴矿有辉钴矿、砷钴矿。先将钴矿转化为氧化钴,然后用铝还原制取钴。
[氯化钴]别名氯化亚钴或二氯化钴。化学式CoCl2,式量129.83。无水物为蓝色六方晶体,结晶水合物中由于结晶水数不同而呈不同颜色。它们的相互转变温度及特征颜色如下:
易潮解,易溶于水、乙醇,水溶液呈粉红色。密度3.356克/厘米3,熔点724℃(在氯化氢中),沸点1049℃。用作分析试剂,氨的吸收剂,还用硅胶吸湿情况的指示剂。由钴跟氯气直接反应可制得。
[硝酸钴]别名硝酸亚钴。化学式Co(NO3)2·6H2O,式量291.03。红色晶体。有潮解性。易溶于水和乙醇,微溶于氨水。有强氧化性,与有机物摩擦和撞击能引起燃烧和爆炸。55℃时熔于结晶水。用作分析试剂,测定钾,用于制催化剂,蓝宝石抛光膏等。由钴跟硝酸反应或由碱式碳酸钴跟硝酸反应制得。
[氧化高钴]别名三氧化二钴,化学式Co2O3,式量165.86。灰黑色结晶性粉末。溶于热盐酸或热稀硫酸,分别放出氯气和氧气。不溶于水和醇。熔点895℃(分解)。用作分析试剂,氧化剂,催化剂。还用于制取钴或钴盐。在空气中加热碳酸钴可制得三氧化二钴。
[三氧化二钴]见氧化高钴条。
[镍]元素符号Ni,原子序数28,原子量58.71,外围电子排布3d84s2,位于第四周期第Ⅷ族。金属半径124.6皮米,第一电离能741.1千焦/摩尔,电负性1.8,主要氧化数+2、+3、+4。银白色金属,有良好延展性,具有中等硬度,有铁磁性。密度 8.902克/厘米3,熔点1453℃,沸点2732℃。化学性质较活泼。有较好的耐腐蚀性,室温时在空气中难氧化,不易与浓硝酸反应,能耐碱腐蚀。细镍丝可燃,加热时与卤素反应,在稀酸中缓慢溶解。能吸收相当数量氢气。用于制不锈钢,抗腐蚀合金、蓄电池、化学器皿、陶瓷制品,还用作催化剂。1751年瑞典人克朗斯埃特首先从红砷镍矿制得镍。主要矿物有红砷镍矿、针镍矿等。矿石经煅烧成氧化物后,再用水煤气或炭还原得到镍。
[一氧化镍]别名氧化镍或氧化亚镍,化学式NiO,式量74.71。绿色立方晶体或绿色粉末,密度6.67克/厘米3,熔点1984℃。不溶于水或醇。可溶于酸或氨水。用作催化剂、电子元件材料、蓄电池材料。搪瓷涂料、制备镍盐。用镍在空气中加热或者用草酸镍在隔绝空气条件下加热分解制得。
[氧化镍]见一氧化镍条。
[氧化亚镍]见一氧化镍条。
[硫酸镍]化学式NiSO4·7H2O,式量280.88。亮绿色菱形晶体,俗称翠矾。密度1.948克/厘米3。于31.5℃时失去1分子结晶水,99℃时熔于结晶水中。278.4℃时失全部结晶水。无水硫酸镍为淡黄色晶体。七水合硫酸镍在干燥空气中易风化。溶于水,水溶液呈酸性。能跟碱金属或铵的硫酸盐作用生成水合复盐。用作加氢催化剂、媒染剂、配电镀液。由镍或氧化镍溶于稀硫酸制得。
[硝酸镍]化学式Ni(NO3)2·6H2O,式量290.81。绿色单斜晶体。有潮解性,在干燥空气中微风化。易溶于水,水溶液呈酸性。溶于乙醇。密度2.05克/厘米3,56.7℃熔于结晶水中。沸点136.7℃。有氧化性。用作催化剂,镀镍。由镍溶于稀硝酸制得。
[钌]元素符号Ru,原子序数44,原子量101.1,外围电子排布4d75s1,位于第五周期第Ⅷ族。银白色有金属光泽金属,很硬,冷时延展性小。密度12.30克/厘米3,熔点2310℃,沸点2900℃。第一电离能716千焦/摩尔,电负性2.2。主要氧化数+2、+4、+6、+7、+8。化学性质很稳定。不被普通酸、王水侵蚀,室温下氯水、溴水、碘酒能轻微腐蚀钌。能与熔融的碱、碳酸盐反应。用作铂和钯的硬化剂,钌合金用于电气接触点以及钢笔尖和工具枢轴上。还用作氢化、异构化、氧化和重整的催化剂。1844年俄国人克劳斯从铂矿渣里制得钌。分布极为分散,常与铂、铱、钯、锇共存。从天然铂金属合金中提取。
[铑]元素符号Rh,原子序数45,原子量102.9,外围电子排布4d85s1,位于第五周期第Ⅷ族,第一电离能724千焦/摩尔,电负性2.2。主要氧化数+2、+4、+6。银白色金属,很硬,但有相当的延展性,密度12.41克/厘米3,熔点1966±3℃,沸点3727±100℃。在常温下在空气中稳定保持光亮,加热时形成氧化物(RhO2)保护膜。不跟普通酸和王水反应。在200-600℃时能跟卤素、浓硫酸、氢溴酸、次氯酸钠反应。能和熔融的酸式硫酸盐、碱金属硝酸盐反应。用于制铂铑合金、电热丝、热电偶,用于镀反光镜、宝石的抛光剂、催化剂、电器的接触部件。1803-1804年英国人武拉斯顿在提炼钯铂的废渣中发现了铑。存在于铂矿中。用氢气还原氯化铑制得。
[锇]元素符号Os,原子序数76,原子量190.2,外围电子排布5d66s2,位于第六周期Ⅷ族。蓝灰色金属,六方密堆积晶体。非常硬,密度为 22.57克/厘米3,金属中密度最大。熔点3045±30℃,沸点5027±100℃。原子半径134皮米,第一电离能842千焦/摩尔,电负性2.2。主要氧化数+2、+3、+4、+6、+8。具有硬度高、难熔、耐磨、耐腐蚀的特性。在室温时易形成蓝色氧化膜(OsO2),受热时氧化生成四氧化锇OsO4。能溶于热浓硝酸、浓硫酸。溶于次氯酸钠溶液生成锇酸钠。用来制超高硬度耐磨耐腐蚀的合金、用于仪器枢轴、电器插头、电唱机针,钢笔尖等,还用作催化剂。1803年英国人台奈特从铂矿中发现了锇。存在于锇铱矿中。用氢气还原其硫化物或氢氧化物制得。
[铱]元素符号Ir,原子序数77,原子量192.22,外围电子排布5d76s2,位于第六周期第Ⅷ族。原子半径135.7皮米,第一电离能885千焦/摩尔,电负性2.2,主要氧化数+3、+4、+6。银白色金属,硬度很大,质脆,加热时有良好延展性。密度22.42克/厘米3,熔点2410℃,沸点4130℃。化学性质很稳定,常温下耐腐蚀性很强。不溶于酸、稍溶于王水和熔融碱。1803年由英国人台奈特等发现。纯铱用在飞机火花塞中,还用于制造科学仪器、热电偶、电阻丝、自来水笔尖、耐高温合金、催化剂。国际标准米尺用铂铱合金制成。主要存在于锇铱矿和铂矿中。从分离矿石中制得。
[铂]元素符号Pt,原子序数78,原子量195.09,外围电子排布5d96s1,位于第六周期第Ⅷ族。原子半径138皮米,第一电离能868.4千焦/摩尔,电负性2.2,主要氧化数+2、+4。俗称白金,银白色金属,面心立方体晶体,质柔软,有良好的延展性,密度21.45克/厘米3,熔点1772℃,沸点3827±100℃。化学性质稳定。常温下不锈蚀,不受一般酸碱侵蚀。能溶于王水和熔融碱,还溶于盐酸和过氧化氢、盐酸和高氯酸的混合物中。粉状铂能吸收氢气、氧气和一氧化碳。用作催化剂、热电偶、电极、喷丝嘴、电阻温度计、化学仪器、首饰等。西班牙人乌罗阿和武德分别于1935年和1941 年发现了铂主要以游离态和合金形式存在,主要矿物有铂矿和锇铱矿。极分散。由分离铂矿获得。
[白金]见铂条。
[四氯化铂]化学式PtCl,式量336.9。棕红色晶体,密度4.303克/厘米3。370℃时分解为二氯化铂和氯气。有吸湿性。能溶于水,微溶于乙醇。溶于盐酸生成氯铂(氢)酸。自水溶液中析出时可得到含有5个结晶水的晶体,晶体为红色晶体,密度为2.43克/厘米3。用作分析试剂,催化剂。由氯铂(氢)酸在氯气流中加热而制得。
[氯铂酸]也叫氢氯铂酸,化学式HPtCl6。一般为含六个结晶水的晶体H2PtCl6·6H2O,式量517.92。红棕色晶体,密度2.431克/厘米3,60℃时熔于结晶水。易溶于水、乙醇。灼烧或电解后即得到铂黑。用作化学分析试剂,检验钾、铵等离子。将铂溶于含有过量盐酸的王水中或将四氯化铂溶于盐酸制得。
[铂黑]元素符号Pt,原子量195.05。黑色粉末。在0℃时能吸附大量氢气。不溶于无机酸或有机酸。可溶于王水。用作催化剂,气体吸收剂。灼烧或电解氯铂酸可制得铂黑。
[铂石棉]附有铂的灰黑色石棉纤维。能液于王水。用作催化剂,气体分析中用作氢的吸收剂。将石棉浸入氯铂酸或氯铂酸铵溶液中取出灼烧即得铂石棉。
[钯]元素符号Pd,原子序数46,原子量106.4,外围电子排布4d105s0,位于第五周期第Ⅷ族。原子半径137.6皮米,第一电离能809千焦/摩尔,电负性2.2,主要氧化数+2,+4。银白色金属,柔软,有延展性,密度12.02克/厘米3,熔点1552℃,沸点3140℃。化学性质不活泼。常温下不跟盐酸、硫酸、氢氟酸反应,能被潮湿的氯、溴、碘侵蚀。易与硝酸、王水、三氯化铁、次氯酸盐、以及熔融碱反应。容易吸收氢、氧等气体。室温101.33帕(1大气压下),1体积海绵状钯可吸收800体积左右的氢气。制成合金用于热电偶、电阻器、钟表零件、补牙,还用作加氢、脱氢、异构化和裂变反应的催化剂。1803年英国人武拉斯顿分离粗铂时得到钯。存在于铂矿中。从分离铂矿中获得。
[铜]元素符号Cu,原子序数29,原子量63.55,外围电子排布3d104s1,位于第四周期IB族。原子半径127.8皮米,Cu2+半径72皮米,第一电离能为750千焦/摩尔,电负性1.9,常见氧化数+1、+2。紫红色有光泽的金属,有良好的延展性和传热、导电性。密度8.96克/厘米3,熔点1083.4±0.2℃,沸点2567℃。化学性质不很活泼,在干燥空气中稳定,在含有二氧化碳的潮湿空气中易生成碱式碳酸铜,俗称铜绿[u2(OH)2CO3],热时跟氧生成氧化铜,跟卤素反应生成卤化铜,加热时跟硫反应生成硫化亚铜。不与水反应。不溶于稀盐酸和稀硫酸。可溶于硝酸和热浓硫酸。也能溶于浓盐酸生成H2CuCl3和H2。缓慢溶于氨水。容易被碱侵蚀。主要用于电器工业,如制电线、电缆、各种电器设备。也用于制各种合金,如黄铜、青铜、白铜等,也用于电镀。古代就发现了铜,主要矿物有黄铜矿(CuFeS2)、辉铜矿(Cu2S)、赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[u2(OH)2CO3]。矿石经冶炼得粗铜,最后经电解精炼得纯铜。
[氧化铜]化学式CuO,式量79.54。黑色立方晶体,密度 6.4克/厘米3,熔点1326℃,不溶于水。溶于稀酸,氰化钾与碳酸铵溶液,缓慢溶于氨水。在1000℃以上分解为氧化亚铜与氧气,加热时易被氢、碳、一氧化碳、氨等还原为铜。可用作制玻璃或瓷器的着色剂(蓝色或绿色)、有机合成的催化剂、油类的脱硫剂,还用于气体分析。由碳酸铜或硝酸铜受热分解制得。
[氢氧化铜]化学式Cu(OH)2,式量97.56。淡蓝色粉末状晶体,密度3.368克/厘米3。难溶于水。受热易分解为氧化铜和水。微显两性,既溶于酸又溶于氨水和浓碱溶液
Cu(OH)2+2NaOH=Na2[Cu(OH)4]
Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH3)4](OH)*
用作媒染剂、颜料、纸张着色。由铜盐溶液和碱溶液反应制得。
[硫酸铜]化学式CuSO4,式量159.6。白色粉末,密度3.608克/厘米3,有强吸水性,吸水后变蓝,生成五水硫酸铜。在650℃时分解为氧化铜和三氧化硫。常见的是五水合硫酸铜蓝色晶体CuSO4·5H2O,俗称胆矾或蓝矾。三斜晶体。晶体中四个水分子以配位键与Cu2+结合,一个水分子以氢键与硫酸根离子结合。易溶于水,在干燥空气中易风化。可用作媒染剂、杀虫剂、杀菌剂、还用于镀铜。由氧化铜跟稀硫酸反应,再经浓缩结晶可制得胆矾。
[胆矾]见硫酸铜条。
[氯化铜]化学式CuCl2,式量134.44。棕黄色粉状结晶。共价化合物。密度 3.386克/厘米3,熔点620℃,993℃分解为氯化亚铜。有毒!易潮解,易溶于水。很浓的溶液显黄绿色,稀溶液显蓝色。黄色是由于[CuCl4]2-络离子存在,蓝色是由于有[Cu(H2O)4]2+的存在,两者共存时显绿色。CuCl2·2H2O为蓝绿色斜方晶体。易潮解,受热分解失去氯化氢生成碱式盐Cu(OH)2·CuCl2。用作化学试剂、氧化剂、媒染剂、木材防腐剂、还用于石油馏分的脱硫、脱臭。由铜跟氯直接化合或由碱式碳酸铜跟盐酸反应制得。
[硝酸铜]常见的是三水合硝酸铜Cu(NO3)2·3H2O,式量241.60。蓝色柱状晶体,密度2.32克/厘米3。易溶于水,易潮解。加热至170℃时失去硝酸生成碱式硝酸铜,加热至200℃分解为氧化铜。有氧化性,与碳、硫等物混和撞击容易爆炸或燃烧。用于镀铜、制农药和搪瓷及染料等。由铜或氧化铜与稀硝酸反应制得。
[碱式碳酸铜]化学式Cu2(OH)2CO3,式量221.11。俗称碳酸铜或铜绿,是铜锈的主要成分。绿色无定形粉末,密度4.0克/厘米3。有毒,不溶于水。在200℃时分解成氧化铜、水和二氧化碳。溶于酸生成铜盐和二氧化碳。用作颜料、杀虫剂、饲料添加剂、磷毒的解毒剂、还用制烟火。由碳酸钠溶液跟硫酸铜溶液反应制得。
[碳酸铜]见碱式碳酸铜条。
[氧化亚铜]化学式Cu2O,式量143.08。由于晶体微粒大小不同,呈现多种颜色,如橙黄、鲜红、深棕色。密度6.0克/厘米3,熔点1235℃。不溶于水。在潮湿空气中易氧化。有毒。溶于稀硫酸,立即发生岐化反应:
Cu2O+H2SO4=Cu2SO4+H2O
Cu2SO4=CuSO4+Cu
溶于氢卤酸生成无色络合物H[CuX2]。溶于氨水生成无色的二氨合铜Cu(NH3)2]+,很快被空气中氧气氧化成蓝色的[Cu(NH3)4]2+。用作玻璃或陶瓷的红色颜料,制作整流器材料,有机合成用催化剂,农业用作催化剂。实验室由含酒石酸钾钠的硫酸铜溶液用葡萄糖还原制得。
[硫化铜]化学式CuS,式量95.612。黑色单斜或六方晶体。有金属光泽。密度4.6克/厘米3。熔点103℃(转变),沸点220℃(分解)。难溶于水,不溶于一般稀酸。溶于热的稀硝酸,生成硝酸铜、一氧化氮、硫。溶于氰化钾溶液,生成K3[Cu(CN)4]和(CN)2。有天然矿物,用于提炼铜或制铜化合物。实验室将硫化
通入硫酸铜溶液制得。
[硫化亚铜]化学式Cu2S,式量159.15。灰黑色有光泽的结晶或粉末。对热稳定。导电性好。不溶于水和稀酸。溶于氨水。跟硝酸反应生成硝酸铜、硫和一氧化氮。熔点1130℃(α型),1100℃(β型)。有毒。用作催化剂。由过量铜跟硫共热制得,或者在硫酸铜溶液中加入硫代硫酸钠溶液共热也可制得。
[孔雀石]化学式Cu2(OH)2CO3或CuCO3·Cu(OH)2。由铜的碱式盐组成。单斜晶系,晶体呈针状,通常为放射状或钟乳状集合体。绿色。有玻璃光泽或金刚光泽,硬度3.5-4;性脆,密度3.9-4.0克/厘米3。产在含铜硫化物矿床的氧化带。块大色美的孔雀石,可琢磨成各种装饰品,粉末用作颜料。遇酸产生二氧化碳并生成铜盐。还用于提炼铜和制备铜盐。
[自然铜]矿物名。化学成分为Cu。等轴晶系。晶体少见,集合体常为不规的则树枝状,鳞片状及粒状。铜红色。富延展性,有良好导电导热性。自然铜为各种地质作用中还原条件下的产物,与赤铜矿,孔雀石矿共生。是一种铜矿石。
[黄铜矿]含铜的主要矿石。化学成分CuFeS2。常以黄铜色块状存在。具有强烈金属光泽。正方晶系。性脆。解理不完全。密度4.1-4.3克/厘米3。硬度3.5-4.0。不溶于水、溶于硝酸。用于炼铜和制备铜化合物。
[黄铜]铜与锌形成的合金。含铜64-67%,含锌33-36%,杂质少于0.3%。有良好可塑性和耐腐蚀性。如还含有一种或几种其它合金元素(如镍、锰、铝、硅等)叫特种黄铜。具有较高的硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性。用于铸造机器零件、制造管材、板材、棒材等,军工用于制枪弹弹壳等。
[青铜]通常指锡青铜。铜、锡为主形成的合金。含铜81-87%,含锡3-4.5%,锌5-7%,铅4-6%。有良好的铸造性能、抗磨性、抗腐蚀性。用于制轴承、阀门、小齿轮、钟表弹簧、热交换器等。此外,铜与铍、铝、锰、硅、磷等组成的二元或多元合金通常称为特种青铜,如铍青铜、磷青铜等。一般有良好的润滑性、高导电性、耐腐蚀性。用于制轴承、齿轮、连杆、仪器零件、板材、管材、棒材以及艺术器等。
[白铜]铜、镍为主形成的合金。含铜78.5-80.5%,镍和钴18-20%。银白色,耐磨性和耐腐蚀性能好。用作医疗器械、精密机械、化工设备零件、日用品等。
[铜绿]铜与含有二氧化碳的潮湿空气接触时,表面生成的绿锈。主要成分是碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3。有毒。易溶于酸和氨水。
[银]元素符号Ag,原子序数47,原子量107.9,外围电子排布4d105s1,位于第五周期IB族。原子半径144.4皮米,Ag半径126皮米,第一电离能735千焦/摩尔,电负性1.9。银白色有光泽金属,柔软,有良好延展性和传热导电性。密度10.5克/厘米3,熔点961.93℃,沸点2213℃。化学性质稳定,不跟氧气和水反应,不与盐酸、稀硫酸和强碱反应。能溶于硝酸或热浓硫酸。在有空气和氧存在时溶于氰化钾溶液,能跟硫或硫化氢反应。在古代就发现了银。银矿主要有辉银矿Ag2S、角银矿AgCl,有自然银。用于制合金、银箔、电路上的接触点、银焊剂、蓄电池、科学仪器、银币、首饰以及用于电镀。由银矿以氰化钠溶液浸出,再加锌使银沉淀出来。
[硝酸银]化学式AgNO3,式量 169.87。无色晶体,密度4.352克/厘米3、熔点212℃,有苦味,易溶于水。444℃时分解成银、二氧化氮和氧气。如有微量的有机物存在或在日光照射下逐渐分解变黑(分解出银、微粒银呈黑色),遇蛋白质变黑色蛋白银。有毒!有腐蚀性,有氧化性。用作照像乳剂、化学试剂、药物、镀银、制镜。将银溶于硝酸,经浓缩、结晶制得。
[溴化银]化学式AgBr,式量187.78。黄色立方晶体。密度6.473克/厘米3,熔点432℃,加热到1300℃以上即可分解。不溶于水、乙醇和酸。溶于氰化钾、硫代硫酸钠溶液,还溶于饱和溴化钾溶液。有感光性,遇光分解,形成极小颗粒银核,含银核的溴化银易被还原剂还原为金属银而呈黑色。用于制摄影胶卷和感光纸。在暗室红光下在硝酸银溶液中加入溴化钾溶液制得。
[氯化银]化学式AgCl,式量143.32。白色立方晶体,熔点455℃,沸点1550℃,难溶于水,溶于氨水、硫代硫酸钠溶液。用于照像、镀银、和医药。在盐酸或食盐水中加入硝酸银溶液制得。
[氧化银]化学式Ag2O,式量231.74。褐色固体,密度7.143克/厘米3,300℃时完全分解生成银和氧气。略溶于水,极易溶于硝酸、氨水、硫代硫酸钠及氰化钾溶液。其氨溶液用完要及时处理,久置会析出强烈爆炸性的黑色晶体--氮化银或亚氨化银。用作氧化剂,玻璃着色剂。由硝酸银溶液跟氢氧化钠溶液反应制得。
[碘化银]化学式AgI,式量234.77。有α黄色立方和β橙色立方两种晶体。α晶体密度5.683克/厘米3,于146℃转化为β型,后者密度为 6.010克/厘米3。熔点558℃,沸点1506℃。见光分解变黑。不溶于水,微溶于氨水,易溶于氰化钾溶液或硫代硫酸钠溶液。用于制照像底片或感光纸,还用于人工降雨。在暗室中或红光下在硝酸银溶液中加入碘化钾溶液,过滤,再用热水洗涤制得。
[硫酸银]化学式Ag2SO4,式量311.8。无色结晶或白色结晶性粉末。密度 5.45克/厘米3,熔点652℃,1085℃时分解。微溶于水。溶于硝酸、氨水和浓硫酸。见光逐渐变黑。用作化学试剂。由硝酸银溶液与硫酸铵溶液反应制得。
[碳酸银]化学式Ag2CO3,式量275.75。新制得的为浅黄色粉末。久置色变暗。感光性很强。不溶于水和醇。溶于氨水、稀硝酸、氰化钾和硫代硫酸钠溶液。用作分析试剂、镀银。
[磷酸银]化学式Ag3PO4,式量418.58。黄色立方晶体。密度6.370克/厘米3,熔点849℃,加热或在日光照射下变为棕色。溶于硝酸、氨水、氰化钾,微溶于水。用于制溴化银、碘化银乳剂。由硝酸银溶液跟磷酸钠溶液反应制得。
[硫化银]化学式Ag2S,式量247.8。黑色立方晶体。不溶于水和氨水。溶于浓硝酸。用于制陶瓷。将硫化氢通入硝酸银溶液可制得。
[金]元素符号Au,原子序数79,原子量197.0,外围电子排布5d106s1,位于第六周期IB族,原子半径144.2皮米,第一电离能895千焦/摩尔,电负性2.4。金黄色有光泽金属,质柔软,富有延展性,1克金可拉成3000米金丝,可锤成只有0.00001毫米厚的半透明金箔。有良好的传热、导电性。密度 18.88克/厘米3,熔点1064.43℃,沸点为3080℃。主要氧化数+1、+3。化学性质很不活泼。在空气中不被氧化,不跟水、酸或强碱溶液反应。能溶于王水生成氯金酸HAuCl4。有氧存在时溶于氰化钾或氰化钠溶液,如:
4Au+8NaCN+2H2O+O2=4Na[Au(CN)2]+4NaOH
跟溴在常温下反应,与氟、氯、碘和碲在高温下反应。古代已发现并应用金。用作晶体管的部件、电接触合金、医药、装饰合金,大部用于货币和工艺品。在地球上分布广而稀少,多以游离态自然金形式存在,也有化合态的如碲金矿AuTe2。主要从岩脉金和冲积金矿提取。
[三氯化金]也称氯化金,化学式AuCl3,式量303.33。紫红色晶体。密度3.9克/厘米3,熔点254℃,沸点265℃(升华)。易潮解。溶于水、乙醇和乙醚中。有氧化性。用于镀金、药物、摄影。将金跟过量氯气共热制得。
[氯金酸]化学式AuCl3·HCl·4H2O,式量411.85。金黄色或橙黄色针状晶体。易潮解。在干燥空气中失去一个水分子。溶于水也溶于乙醇和乙醚。见光出现黑色斑点。有腐蚀性。从乙醇溶液中可结晶出无水氯金酸(三氯化金)。用作分析试剂、铷、铯的微量分析;制备红色玻璃。还用于镀金、照像材料。将金溶于王水,蒸发除去盐酸而制得。
[氢氧化金]化学式Au(OH)3,式量248.02。黄棕色固体,不溶于水。两性氢氧化物。溶于大多数酸;溶于过量强碱溶液,形成络合氢氧金酸盐。微热时分解生成三氧化二金。易还原成金属金。用于镀金、陶瓷着色等。由氯化金溶液跟氢氧化钠溶液反应制得。
[氧化金]别名三氧化二金。化学式Au2O3,式量495.98。棕色粉末,不溶于水。两性氧化物。溶于盐酸和氢氧化钠溶液。见光逐渐分解,160℃时分解成Au2O,250℃时分解为金和氧。用于镀金、瓷器上釉等。将氢氧化金微热可制得。
[锌]元素符号Zn,原子序数30,原子量65.38,外围电子排布3d104s2,位于第四周期ⅡB族。原子半径125皮米,第一电离能915千焦/摩尔,电负性1.6。主要氧化数+2。银白略带蓝色有光泽金属,硬度2.5,有延展性,良好的传热、导电性,密度为7.14克/厘米3,熔点419.58℃,沸点907℃。化学性质比较活泼。室温时在空气中较稳定。在潮湿空气中生成一层灰色碱式碳酸锌,可作保护膜。锌燃烧时有蓝绿色火焰。高温时跟水蒸汽反应放出氢气。加热时可跟卤素,硫等反应。易与酸反应,但高纯锌反应慢,若加入少量硫酸铜溶液,或跟铜、镍、铂等金属接触时,反应加快。溶于强碱溶液,生成锌酸盐,如:
Zn+2NaOH=Na2ZnO2+H2↑
溶于氨水和铵盐溶液中,如:
Zn+2NH4Cl=Zn(NH3)2Cl2+H2↑
主要用于制合金、金属表面镀锌,还用于制于电池、焰火、作催化剂和还原剂。我国明代以前已发现并使用锌。主要矿物有闪锌矿ZnS、菱锌矿ZnCO3等。先将矿石煅烧变成氧化锌,再用焦炭还原氧化锌制得。
[氧化锌]化学式ZnO,式量81.37。俗名锌白。白色六方晶体或粉末。密度5.606克/厘米3,熔点1975℃,难溶于水。加热时变黄,冷却后仍为白色。两性氧化物,溶于酸生成锌盐,溶于强碱溶液生成锌酸盐。还能溶于氯化铵溶液。用作油漆颜料、橡胶填料、制药、粘合剂、釉药、橡皮膏。由锌在空气中燃烧制得。
[硫酸锌]常见的是七水合硫酸锌ZnSO4·7H2O,俗称皓矾,式量287.54。无色晶体,密度 1.957克/厘米3,熔点100℃,易溶于水。280℃时失去结晶水成无水物(白色固体)。600℃时分解成氧化锌。溶于水,水溶液显酸性。用作媒染剂、收敛剂、杀菌剂、木材防腐剂、纸张漂白剂、饲料填加剂、镀锌、治疗缺锌的药剂。由锌与稀硫酸反应制得。
[氯化锌]化学式 ZnCl2,式量136.28。白色固体,密度2.91克/厘米3,熔点283℃,沸点732℃。易潮解,易溶于水。高温时浓的氯化锌溶液有溶解金属氧化物的能力。用作媒染剂、有抗合成的脱水剂和催化剂,牙科用作粘合剂,用于饲料添加剂。还用于镀锌、制干电池、石油炼制、焊药水。用盐酸溶解锌或氧化锌制得,经干燥脱水得无水物。
[氢氧化锌]化学式Zn(OH)2,式量99.38。无色斜方晶体。密度3.053克/厘米3,难溶于水。125℃时分解为氧化锌和水。是两性氢氧化物。溶于强酸生成锌盐。溶于强碱生成锌酸盐。和氢氧化铝不同,能溶于氨水中生成锌氨络离子:
Zn(OH)2+4NH3=[Zn(NH3)4]2++2OH-
常用作橡胶填加剂、外科药膏。由锌盐溶液加入适量强碱溶液制得。
[锌白]见氧化锌条。
[硫化锌]化学式ZnS,式量97.43。白色或微黄色粉末。α变体为无色六方晶体,密度3.98克/厘米3,熔点1700±28℃(202.66千帕--20大气压);β变体为无色立方晶体,密度4.102克/厘米3,于1020℃转化为α型。不溶于水、易溶于酸。见阳光色变暗。久置潮湿空气中转变为硫酸锌。若在晶体ZnS中加入微量的Cu、Mn、Ag做活化剂,经光照后,能发出不同颜色的荧光。用作分析试剂、涂料、制油漆、白色和不透明玻璃,充填橡胶、塑料,以及用于制备荧光粉。由硫跟锌共热制得。
[磷化锌]化学式Zn3P2,式量258.08。深灰色四方晶体。有恶臭。密度 4.55克/厘米3,熔点高于420℃。干燥时较稳定。在空气中易吸水分解,放出剧毒的磷化氢气体。不溶于醇,可溶于酸。跟水反应可生成磷化氢和联膦P2H4的混和物,这混和物在空气中能自燃。用作杀鼠剂,也可用作海上照明灯。由锌粉跟红磷在500-600℃时反应制得。
[硝酸锌]化学式Zn(NO3)2·6H2O,式量297.47。无色晶体。易潮解,易溶于水和乙醇,水溶液显酸性。36.4℃熔于结晶水。105℃时失去结晶水。有氧化性,与有机物摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸。用作分析试剂和制药。将氧化锌溶于硝酸制得。
[锌钡白]俗称立德粉。是硫化锌跟硫酸钡的混合晶体。是一种优良的白色颜料。由硫酸锌溶液跟硫化钡溶液混合制得:
ZnSO4(溶液)+BaS(溶液)=ZnS·BaSO4↓
[皓矾]见硫酸锌条。
[镉]元素符号Cd,原子序数48,原子量112.4,外围电子排布4d105s2,位于第五周期ⅡB族,原子半径141皮米,第一电离能873千焦/摩尔,电负性1.69。微带蓝色的银白色金属,粉末状的呈灰白色。较软,有延展性。密度8.65克/厘米3,熔点320.9℃,沸点765℃,氧化数+2。在空气中迅速生成一层氧化物薄膜并失去光泽,起保护作用。能溶于大多数酸中生成镉盐。用于电镀、轴承,制低熔合金、硬焊合金,制电池、磷光体等。还用于原子反应堆的中子吸收棒。1817年德国人斯特罗迈厄发现了镉。在自然界常与锌伴生,主要矿石是硫镉矿CdS。工业上主要从锌冶炼的副产物中提取。
[硫化镉]化学式CdS,式量144.46。晶体有两种,α-式呈柠檬黄色粉末,β-式呈桔红色粉末。微溶于水,溶于酸,极易溶于氨水。可用于制焰火、玻璃釉、瓷釉、发光材料、颜料。高纯度硫化镉是良好的半导体,对可见光有强烈的光电效应,可用于制光电管、太阳能电池。将硫化氢通入镉盐的酸溶液中制取。
[硝酸镉]化学式Cd(NO3)2·4H2O,式量308.47。白色针状或棱状晶体。密度2.455克/厘米3。59.4℃熔于结晶水。70-80℃时失去结晶水变成无水物,其熔点为350℃。当温度再升高时分解为氧化镉、二氧化氮和氧气。易潮解,溶于水和乙醇,水溶液显酸性。有氧化性。用于瓷器和玻璃着色。用于制备催化剂。由氧化镉、碳酸镉跟硝酸反应制得。
[氯化镉]化学式CdCl3,式量183.32。无色六方晶体。密度4.047克/厘米3,熔点568℃,沸点960℃。易溶于水,微溶于醇。有毒。用作分析试剂,还用于照像、印染、镀镉,制特殊镜子。由氧化镉跟盐酸反应制得。
[硫酸镉]化学式3CdSO4·8H2O,式量769.49。无色单斜晶系柱状结晶。密度3.09克/厘米3、41.5℃失去结晶水。无水物为白色正交晶体,密度4.691克/厘米3,熔点1000℃。易溶于水,不溶于醇。用作分析试剂、催化剂,制造镉锌电池。由镉或氧化镉跟硫酸反应制得。
[汞]元素符号Hg,原子序数80,原子量200.59,外围电子排布5d106s2,位于第六周期ⅡB族。原子半径144皮米,第一电离能1013千焦/摩尔,电负性1.9。俗名水银。常温下唯一以液态存在的金属,银白色,熔点-38.87℃,沸点356.6℃,密度13.59克/厘米3,内聚力很强,在0-200℃间体积膨胀系数很均匀。蒸气有剧毒。在干燥空气中稳定,在潮湿空气中久置表面生氧化物膜。不溶于盐酸、稀硫酸和碱溶液,溶于硝酸和浓硫酸及王水中。能与卤素和硫直接化合。不与水反应。能溶解金、银、铂、铜、铅、钾、钠,所形成溶液称为汞齐。用于制温度计、气压计、催化剂、电极、汞蒸气灯、整流器、药物、雷汞等。古代已经发现。主要矿物有辰砂HgS,也有少量自然汞。将辰砂在空气中焙烧或与生石灰共热得到。
[汞齐]又称汞合金。汞溶解其它金属形成的合金。汞量多时为液态,汞量少时为固体。有广泛用途,如钠汞齐作还原剂、锌汞齐制电池、银汞齐补牙、锡汞齐制镜。
[氧化汞]化学式HgO,式量216.59。俗名三仙丹。有两种变体,红色晶体粉末,黄色晶体粉末。难溶于水。加热至500℃分解为汞和氧气。溶于盐酸生成氯化汞,溶于硝酸生成硝酸汞。有毒。有氧化性。用作氧化剂、分析试剂、医药制剂、陶瓷颜料、制有机汞化合物。在加热至300℃左右由汞和氧化合,或将硝酸汞徐徐加热可得红色氧化汞。将氢氧化钠或碳酸钠跟汞盐溶液反应得黄色氧化汞。
[硝酸汞]化学式Hg(NO3)2·1/2H2O,式量333.61。淡黄色晶体,有毒,密度4.39克/厘米3,熔点79℃。易潮解,易溶于水。有氧化性。徐徐加热生成氧化汞,强热时生成汞、二氧化氮和氧气。用于分析试剂、制药。汞跟硝酸反应制得。
[氯化汞]俗称升汞化学式HgCl2,式量271.50。无色晶体。密度5.44克/厘米3,熔点276℃,沸点302℃,溶于水,有剧毒。共价型分子,熔融时不导电。在酸性溶液中有较强的氧化性。水溶液在空气和光的作用下逐渐分解为氯化亚汞、盐酸和氧。有腐蚀性。用作消毒剂、防腐剂、催化剂、医药。将氧化汞溶于盐酸,或将硫酸汞跟氯化钠混和共热制得。
[氯化亚汞]因略带甜味俗称甘汞。化学式为Hg2Cl2,式量472.09。白色正方或四方晶体。密度7.15克/厘米3,熔点303℃,沸点384℃。不溶于水和乙醇。溶于浓硝酸、沸腾的盐酸、氯化铵和碱溶液,生成汞和氯化汞。在光照射下分解生成汞、氯化汞而逐渐变黑。用作杀菌剂、焰火制造,制甘汞电极。由硝酸亚汞溶液跟氯化钠溶液混合制得。
[硫化汞]化学式HgS,式量232.65。有红色六角晶体,有金属光泽,密度 8.10克/厘米3,580℃升华。有黄色单斜晶体,在386℃以上稳定。还有黑色变体(六方晶体或无定形粉末),密闭加热升华得红色变体。难溶于水和醇。溶于硫化钠溶液、硝酸和王水。在空气中加热生成汞和二氧化硫。有毒。用于油画颜料、印泥、油漆、油墨和朱红雕刻漆,还用于医药。天然产的俗称辰砂或朱砂。将汞与硫反应升华制得。
[三仙丹]见氧化汞条。
[升汞]见氯化汞条。
[甘汞]见氯化亚汞条。
[朱砂]天然产的硫化汞俗称,呈红褐色。
[雷汞]又称雷酸汞。化学式Hg(ONC)2,式量284.62。白色或灰色结晶粉末。密度4.2克/厘米3,微溶于冷水,溶于热水和乙醇。有毒。加热或干燥时受轻微振动即爆炸。是常用的炸药起爆药。由硝酸汞在过量硝酸中与乙醇反应制得。
[雷酸汞]见雷汞条。
[钪]元素符号Sc,原子序数21,原子量44.96,外围电子排布3d14s2,位于第四周期ⅢB族。原子半径160.6皮米,第一电离能632千焦/摩尔,电负性1.3,主要氧化数+3。较软的银白色金属,密度2.989克/厘米3,熔点1541℃,沸点2831℃。化学性质活泼,在空气中易被氧化而变暗,跟热水反应放出氢气,跟酸反应放出氢气。用于制备合金和特种玻璃,它的化合物用作催化剂。1876年瑞典人尼尔森发现了钪。主要矿物有钪钇石,常跟钇镧伴生。电解氯化钪可制得钪。
[钇]元素符号Y,原子序数39,原子量88.91,外围电子排布4d15s2,位于第五周期ⅢB族。原子半径181皮米,第一电离能615.6千焦/摩尔,电负性1.2,主要氧化数+3。稀土元素之一。灰色有光泽金属,熔点1522℃,沸点3338℃。与热水反应生成氢氧化物和氢气,也溶于稀酸和氢氧化钾溶液。能吸附氢气。用于制合金、激光器、反应堆的减速剂等。1794年芬兰人加德林发现钇土。用钙还原三氟化钇制得。
[钛]元素符号Ti,原子序数22,原子量47.90,外围电子排布3d24s2,位于第四周期ⅣB族,原子半径144.8皮米,第一电离能 662千焦/摩尔,电负性1.5,主要氧化数+2、+3、+4。银白色有光泽金属,有良好的延展性,密度4.54克/厘米3,熔点1660±10℃,沸点 3287℃。表面易形成致密氧化物保护层,使化学性质变得不活动。加热时,在空气中燃烧生成TiO2。室温时不与水、稀盐酸、稀硫酸和硝酸反应。但能被氢氟酸,熔融碱侵蚀。也能跟热浓盐酸和王水反应。有良好的抗腐蚀性能。钛和钛的合金广泛用于制造飞机、火箭、卫星、宇宙飞船、舰艇、汽轮机、化工设备、电讯器材、人造骨骼等。1791年英国人格列高尔发现钛。在地壳中丰度0.42%,主要矿物有金红石TiO,钛铁矿FeTiO3等。用镁、钠还原四氯化钛制得。
[二氧化钛]俗称钛白或钛白粉。化学式TiO2。式量79.90。白色无定形粉末,加热时变黄色,受高温变棕色,冷时再呈白色。不溶于水。化学性质相当稳定,不溶于盐酸、硝酸和稀硫酸。溶于热浓硫酸、氢氟酸。是弱的两性氧化物,与硫酸氢钾熔融生成硫酸钛;与氢氧化钠熔融生成钛酸钠。用作重要的白色颜料和瓷器釉药,还用于制金属钛、钛铁合金、硬质合金。橡胶、造纸用作填料。电机工业用于制绝缘体、电瓷等。工业上用硫酸分解钛铁矿,除铁后再经水解制得。
[钛白]见二氧化钛条。
[四氯化钛]化学式TiCl4,式量189.91。无色或淡黄色液体,易挥发,密度1.726克/厘米3,熔点-25℃,沸点136.4℃。容易水解,在潮湿空气中发烟
TiCl4+3H2O=H2TiO3+4HCl↑
是制备金属钛的中间产物,在797℃时用熔融镁跟四氯化钛蒸气反应可得海绵状钛。还可用作天然纤维和合成纤维的防水剂。将二氧化钛和碳粉混合加热至800℃左右,用氯处理,可制得:
TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO2↑
[锆]元素符号Zr,原子序数40,原子量91.22,外围电子排布4d25s2,位于第五周期ⅣB族。原子半径160皮米,第一电离能664千焦/摩,电负性1.4。浅灰色,硬而脆。密度6.506克/厘米3,熔点1852±2℃,沸点4377℃,主要氧化数+2、+3、+4。常温下不活泼,在空气中形成致密氧化膜保持明亮光泽。耐腐蚀性较好。不溶于盐酸、硝酸及强碱溶液。能溶于王水和氢氟酸。高温时可跟非金属和许多金属反应。金属锆主要用作核反应堆中铀燃料元件的包壳。化学工业用于制耐腐蚀的容器和管道。1789年德国人克拉普罗德发现了锆土。用镁还原四氧化锆制得。
[铪]元素符号Hf,原子序数72,原子量178.49,外围电子排布5d26s2,位于第六周期ⅣB族。原子半径156.4皮米,第一电离能533千焦/摩尔,电负性1.3,主要氧化数+4。银白色有光泽金属。密度13.31克/厘米3,熔点2227℃,沸点4602℃。自然界中与锆伴生,化学性质与锆相似。常温下在空气和水中稳定。不与稀酸和强碱溶液反应。易溶于氢氟酸和王水。对中子有较好的吸收能力。用作核反应堆的控制棒,制X射线管的阴极。1923年德国人科斯特,匈牙利人冯·郝维西由X射线光谱发现。自然界很少。用钠在加热时还原四氯化铪制得。
[钒]元素符号V,原子序数23,原子量50.94,外围电子排布3d34s2,位于第四周期VB族。原子半径132.1皮米,第一电离能654千焦/摩尔,电负性1.6。银白色金属,有良好的延展性。密度 5.96克/厘米3,熔点 1890±10℃,沸点3380℃,主要氧化数+2、+3、+4、+5。常温下化学性质不活动,有较强的耐腐蚀性,不与空气、水反应,也不和非氧化性酸及强碱溶液反应。能溶于氢氟酸、硝酸和王水。高温条件下,钒和氧、氮、碳能反应。主要用于制合金钠和催化剂。1830年瑞典的塞夫斯唐姆发现了钒。主要矿物有钒酸钾铀矿、铅钒矿等。用钙还原五氧化二钒或用镁还原三氯化钒制得。
[五氧化二钒]化学式V2O5。黄色正交晶体。微溶于水,能溶于酸或碱溶液。在有机合成和硫酸工业上用它做催化剂。灼烧钒酸铵制得。
[铌]元素符号Nb,原子序数41,原子量92.91,外围电子排布4d45s1,位于第五周期 V B族。原子半径142.9皮米,第一电离能667千焦/摩尔,电负性1.6,主要氧化数+2、+3、+4、+5。钢灰色有光泽金属。硬而有延展性。密度8.57克/厘米3,熔点2468±10℃,沸点4742℃。室温下在空气中稳定。加热时与卤素反应生成五卤化物。溶于氢氟酸和浓硫酸,能与氢氧化钠溶液反应。主要用于制特种不锈钢、高温合金、超导合金、超级硬质合金。核反应堆中用作铀燃料元件的包壳。 1801年英国人哈契特发现了铌。与钽共存于钽铁矿、铌铁矿中。电解熔融K2NbF7或用活泼金属、碳还原氧化物制得。
[钽]元素符号 Ta,原子序数73,原子量 180.95,外围电子排布5d36s2,位于第六周期VB族。原子半径143皮米,第一电离能745千焦/摩尔,电负性1.5。银白色有光泽金属,有延展性。密度为16.54克/厘米3,熔点2996℃,沸点5425±100℃。化学性质稳定,耐腐蚀性强。除氢氟酸、发烟硫酸及熔碱外,一般不跟水、空气、盐酸、硝酸及王水反应。主要氧化数+5。能吸收氢、氧、氦等气体。用于制造超短波发射器、化学器皿、真空管、化工设备、高速车削工具和催化剂。1802年瑞典人瑞克贝格发现。1903年鲍尔登制得金属钽。主要矿物有铌钽铁矿。电解熔融K2TaF7或用活泼金属、碳还原氧化物制得。
[铬]元素符号Cr,原子序数24,原子量51.996,外围电子排布3d54s1,位于第四周期ⅥB族。原子金属半径124.9皮米,第一电离能657千焦/摩尔,电负性1.6,主要氧化数+2、+3、+6。银白色有光泽金属,含有杂质的铬硬而脆,高纯铬有延展性。耐腐蚀性强,不溶于水,在空气中即便是在高温下氧化也很缓慢。高温下,铬能与卤素、硫、氮、碳等化合,也能跟水蒸气反应。能慢慢地溶于稀盐酸、稀硫酸、生成二价铬盐(蓝色),与空气接触时很快被氧化成三价铬盐(绿色)。铬能与浓硫酸反应,但不溶于浓硝酸,因表面生成致密氧化膜而呈钝态。能被熔融碱侵蚀。与氢反应生成CrH2。主要用于制不锈钢及耐高温耐腐蚀的高强度的合金,制电阻合金,还用于电镀。1797年法国人沃克兰发现了铬。主要矿物有铬铁矿Fe(CrO2)2。由电解铬氨钒溶液或铬酸溶液制得,也可用铝粉还原氧化铬制得。
[三氧化二铬]亦称氧化铬。化学式Cr2O3,式量151.99。绿色六方晶体或无定形粉末。密度5.21克/厘米3,熔点2266±25℃,沸点4000℃。不溶于水,不溶于碱溶液,略溶于酸。具有磁性。用作分析试剂、催化剂、陶瓷釉彩原料、油漆颜料、制备铬合金和铬盐。实验室由重铬酸铵(NH4)2Cr2O7受热分解制得
[三氧化铬]亦称铬酸酐。化学式CrO3,式量99.99。红色正交晶体,常呈针状或柱状结晶。密度2.7克/厘米3,熔点196℃。易潮解,易溶于水,水溶液是铬酸。溶于醇、硝酸或硫酸。有强氧化性。有毒、有腐蚀性。用作分析试剂、强氧化剂,还用于镀铬、制铬酸盐、玻璃着色。由重铬酸钠与浓硫酸共热制得。
[铬酐]铬酸酐的简称,见三氧化铬条。
[氯化铬]别名三氯化铬。化学式CrCl3,式量158.38。无水氯化铬为强烈发光的紫色六角晶系的片状结晶。密度2.9克/厘米3,熔点1150℃。几乎不溶于水,与水长时间沸腾可形成绿色溶液。在空气中灼烧可变为三氧化三铬。六水合氯化铬CrCl3·6H2O有三种变体,分别呈深绿色、浅绿色和紫色。水合物易潮解,易溶于水。用作媒染剂、催化剂、无机合成。将三氧化二铬溶解在浓盐酸中,结晶可制得六水合氯化铬。
[钼]元素符号Mo,原子序数42,原子量95.94,外围电子排布4d55s1,位于五周期ⅥB族。原子半径136.2皮米,第一电离能689千焦/摩尔,电负性1.8。主要氧化数+2、+3、+4、+5、+6。银灰色有光泽的金属。质硬而有延展性。密度10.22克/厘米3,熔点2610℃,沸点5560℃,在很高的温度下仍有很高的强度。常温时在空气中稳定,高温时燃烧生成三氧化钼。跟氯和溴能化合。不溶于盐酸和氢氟酸。能溶于浓硫酸、硝酸和王水。纯钼丝用于高温电炉,纯钼片用于制电子管、晶体管和X射线器材、灯泡。合金钢加钼可提高弹性、抗腐蚀性,保持永久磁性。1782年瑞典埃易姆用碳还原钼酸得到钼。主要矿物有辉钼矿MoS2,钼钨钙矿。用氢或铝还原三氧化钼制得。
[三氧化钼]化学式MoO3,式量143.94。白色透明斜方晶体,加热时转为黄色,冷却后恢复原来颜色。密度4.692克/厘米3,熔点795℃,沸点1155℃,易升华。不溶于水,可熔于氨水和强碱溶液,生成钼酸盐。溶于强酸、生成二氧钼根(MoO22+)和氧钼根(MoO4+)络合阳离子,与酸根可形成可溶性络合物。氧化性极弱,在高温下可被氢、碳、铝还原。用作分析试剂,制备钼合金和钼盐。在空气中灼烧钼或二硫化钼或者焙烧钼酸制得。
[钨]元素符号W,原子序数74,原子量183.85,外围电子排布5d46s2,位于第六周期ⅥB族。原子半径137皮米,第一电离能775千焦/摩尔。电负性1.7,主要氧化数+2、+3、+4、+5、+6。银灰色有光泽金属,硬度很大,密度19.3克/厘米3,熔点3410±20℃,沸点 5660℃。化学性质很稳定,常温时不跟空气和水反应,不溶于盐酸、硫酸、硝酸和碱溶液。溶于王水以及硝酸和氢氟酸的混合液。高温下能与氯、溴、碘、碳、氮、硫等化合,但不与氢化合。用于制钨丝、电学仪器、光学仪器、高速切削钢、特种钢、X射线靶等。1783年西班牙人德普尔亚发现钨。重要钨矿有钨锰铁矿(FeMn)WO4,钨锰矿MnWO4等。处理钨矿石得三氧化钨。再用氢还原三氧化钨制得钨粉。
[三氧化钨]化学式WO3,式量231.85。黄色正交结晶或橙黄色粉末。密度7.16克/厘米3,熔点1473℃。不溶于水和一般无机酸。溶于氢氟酸和浓碱溶液。高温下可被氢、碳、铝等还原。用于制金属钨和钨合金,还用于制钨盐、釉彩、防火织物、X射线用屏。将钨在氧气中燃烧或将钨酸脱水可制得。
[钨酸]化学式H2WO4,式量249.88。黄色或黄绿色粉末。密度5.5克/厘米3,熔点100℃(失水)。不溶于水,不溶于一般酸。溶于氢氟酸,溶于氢氧化钠溶液。用于制钨、钨丝,还用作纺织品的媒染剂。在钨酸钠热溶液中加入强酸即可析出黄色的钨酸。
[锰]元素符号Mn,原子序数25,原子量54.94,外围电子排布3d54s2,位于第四周期ⅦB族。原子半径124皮米,第一电离能727千焦/摩尔,电负性1.5。主要氧化数+2、+4、+6、+7。银白色金属,硬而脆,密度7.20克/厘米3,熔点1244+3℃,沸点1962℃。固态时有四种同素异形体,常温下为α锰。在空气中易氧化生成褐色氧化物覆盖层。燃烧时生成四氧化三锰。红热时与水反应生成四氧化三锰和氢。溶于稀盐酸、稀硫酸生成二价锰盐。高温时跟卤素、硫、磷、碳、氮直接化合。用于制合金,少量锰能改善钢的抗冲击性能,锰铁用作炼钢过程的脱氧、脱硫添加剂。还用于冶炼铝合金、镁合金。1774年瑞典人甘恩用木炭跟软锰矿共热得到锰。主要矿物有软锰矿MnO2·xH2O、黑锰矿Mn3O4,最近发现大洋底部有大量锰结核矿。在地壳中丰度为0.1%。用铝还原软锰矿制得。
[二氧化锰]化学式MnO2,式量86.94。钢灰色块状固体或黑色粉末。天然产的称软锰矿。密度5.026克/厘米3。不溶于水。溶于浓盐酸生成MnCl2和Cl2。在浓硫酸中放出氧气并生成硫酸锰。与氯酸钾、氢氧化钾共熔生成锰酸钾。在酸性介质中呈强氧化性。用作催化剂,氧化剂,制干电池,还用于炼钢、制玻璃、陶瓷、热敏电阻。将硝酸亚锰加热到200℃制得。也可从天然软锰矿制取。
[硫酸锰]化学式MnSO4·4H2O,式量223.08。微红色细小晶体。密度2.107克/厘米3。在
[氦]元素符号He,原子序数2,原子量4.0026,外围电子排布1s2,位于第一周期0族。单质由单原子分子组成,是一种稀有气体,无色、无臭、无味。密度0.17847克/升,是氢以外密度最小的气体。熔点-272.2℃,沸点-268.9℃。临界温度-267.9℃,临界压力227.98帕(2.25大气压)。是最难液化的气体。20℃时每升水中仅能溶13.8毫升气体,是最难溶于水的气体。原子范氏半径122皮米。第一电离能2372千焦/摩尔,是化学性质最不活泼的元素。不燃烧,不支持燃烧,基本上不与任何物质发生化学反应。用于充填探空气球、气艇、电子管;在焊接或冶炼金属时用做保护气。用液氦取得低温,广泛应用于超导设备、粒子加速器等尖端技术中。用氦、氧混和气(人造空气)供深水潜水员呼吸可防潜水病。液氦可制低温温度计。还用于制激光器及霓虹灯。1868年德国天文学家简孙用分光镜发现太阳光谱中有一条新的谱线,后经英天文学家洛克耶尔据此断定太阳上有一种当时地球上尚未发现的元素,命名为氦,拉丁文原意是“太阳”。地球上的氦是放射性元素的衰变产物,放射出来的α粒子(即氦原子核或氦离子)在空气中获得两个电子成为氦原子。在空气中氦约占体积的5×10-4%,天燃气中含有较多的氦。可由液体空气中分馏氦氖混和气中提取,也可以分馏含氦天然气(液态)获得。
[氖]元素符号Ne,原子序数10、原子量20.183,外围电子排布2s22p6,位于第二周期第0族。原子范氏半径160皮米,第一电离能2038千焦/摩尔。单质由单原子分子组成,是一种稀有气体。无色、无嗅、无味,气体密度0.9002克/升,液体密度为1.204克/厘米3,熔点-248.67℃,沸点-245.9℃。化学性质极不活泼,不能燃烧,也不支持燃烧,一般情况下不能生成化合物。0℃时在每升水中溶解14.7毫升。在低压放电时被激发出亮桔红色光。用于制霓虹灯、激光器、指示灯,还用于高能物理研究。液态氖可用作冷冻剂。在1898年英国人拉姆塞,特拉威斯从分析气体的光谱中发现了氖,拉丁文是“新”的意思。在大气中含量为18.18ppm(体积)。分离液体空气得到氦氖混和气,再用活性炭选择吸附法或经液氢冷却法分离出氖。
[氩]元素符号Ar,原子序数18,原子量39.948,外围电子排布3s23p6,位于第三周期0族。原子范氏半径191皮米,第一电离能1523千焦/摩尔。单质由单原子分子组成,是一种稀有气体。无色、无嗅、无味气体,密度117837克/升,熔点-189.2℃,沸点-185.7℃,20℃时每升水中可溶解37.9毫升。化学性质极不活泼,不燃烧,不支持燃烧,不能生成化合物。可跟水、苯酚、氢醌等形成一些包合物。用于充填电灯泡和日光灯管,切割或焊接金属时用作保护气体。用少量氖与其混合可制成蓝色或绿色放电管。在稀有气体中是含量最多的一种,在大气中约占体积的0.94%。1894年英国人瑞利从空气中除去氧、氮后的剩余的气体进行光谱分析,发现了氩。工业上用分馏液体空气得到氩。
[氪]元素符号Kr,原子序数36,原子量83.80,外围电子排布4s24p6,位于第六周期0族。单质由单原子分子组成,稀有气体,无色、无嗅、无味。密度3.733克/升,熔点-156.6℃,沸点为-153.3±0.1℃。原子范氏半径198皮米,第一电离能1351千焦/摩尔。20℃时每升水可溶解23毫升。化学性质极不活动,已制得在-80℃时才稳定的化合物氟化氪KrF2。用于充填电灯泡和电子器件。能吸收X射线,用作X射线工作时的遮光材料。它跟氩混合可充填霓虹灯管。还用于充填电离室以测量宇宙射线。1898年美国人拉姆塞和特拉威斯从蒸发液体空气的残余物中经光谱分析发现了氪。在大气中含1.1×10-4%(体积)的氪。工业上用分馏液体空气制得。
[氙]元素符号Xe,原子序数54,原子量131.30,外围电子排布5s25p6,位于第五周期0族,原子共价半径209皮米,第一电离能1172千焦/摩尔。单质由单原子分子组成。稀有气体、无色、无嗅、无味,密度5.887克/升,熔点-111.9℃,沸点-107.1±3℃,20℃时每升水中可溶解110.9毫升(体积)。能吸收X射线。化学性质不活泼。能跟水,氢醌、苯酚等形成弱键包合物,在加热或紫外线照射、放电条件下,氙可跟氟直接化合生成XeF2、XeF4、XeF6等氟化物,XeF4和XeF6强烈水解可得到XeO6或XeOF4等。在电场作用下能发出强烈的白光。用于制高压长弧氙灯(俗称人造小太阳),产生紫外线的高压电弧灯、闪光灯、中子计数器,X射线计数器,还用作麻醉剂、原子反应堆中的中子吸收剂、充填闸流管和探测宇宙线用的电离室。1898年英国人拉姆塞和特拉威斯在分馏液态氪的混合物时,通过光谱分析发现了氙。在空气中含有9×10-6%(体积)。工业上用分馏液体空气提取。
[氡]元素符号Rn,原子序数86,原子量222.02,外围电子排布6s26p6,位于第六周期0族。原子共价半径214pm,第一电离能1038千焦/摩尔。单质由单原子分子组成,稀有气体,有放射性,衰变时释放出高能量的α粒子,寿命最长的同位素222Rn的半衰期为3.82天。无色气体,密度9.73克/升,熔点-71℃,沸点-61.8℃。溶于水并能使水分解。能被活性炭、硅胶吸附,加热时又可解吸。化学性质很不活泼,已制成的化合物有氟化氡。用于放射治疗或作中子源。1900年德国人多尔恩在铀制品中发现。在地壳中的丰度为6.0×10-16%。
[稀有气体]又称惰性气体,指周期系零族元素,包括氦、氖、氩、氪、氙、氡六种元素。这些气体存在于大气中但含量很低。
[氟]元素符号F,原子序数9,原子量18.99。外围电子排布2s22p5,主要氧化数-1,0。位于第二周期第ⅦA族。原子半径64皮米,F-半径133皮米,第一电离能1682千焦/摩尔,电负4.0。单质氟由双原子分子F2组成。淡黄色气体,有令人不快的气味。密度1.696克/升(标准状况),熔点-219.6℃,沸点-188.14℃。离解能154.8千焦/摩尔。氟是电负性最大,非金属性、氧化性最强的元素,化学性质非常活泼。有毒。能跟绝大多数元素化合生成二元氟化物,放出大量热,发生燃烧。跟铝、镍、镁、铜反应时常形成致密的氟化物保护膜。跟水发生剧烈反应,生成物主要有氟化氢和氧气,以及少量的过氧化氢、二氟化氧和臭氧。可从化合物中置换其它非金属元素,如氟气可从固态卤化物中置换出氯、溴、碘。与稀碱溶液反应放出OF2
2F2+2NaOH=2NaF+OF2↑+H2O
在加压、加热条件下氟能跟氙直接化合,生成二氟化氙、四氟化氙和六氟化氙。大量氟用来氟化有机物,如氟里昂--12CCl2F2广泛用作致冷剂,CBr2F2用作高效灭火剂,CCl3F用作杀虫剂。称为特氟隆的聚四氟乙烯具有高弹性、低介电常数、低摩擦系数、耐热抗腐蚀等优良性能,用于制电工、化工器材。原子能工业制UF6,用扩散法分离出235U。1886年法国的莫瓦桑,在铂制U形管中,以铂铱合金作电极,电解氟氢化钾的无水氟化氢熔液得到氟。氟在地壳中的丰度为0.066%,主要以化合态存在,主要矿物有萤石CaF2,冰晶石Na3AlF6和磷灰石Ca5F(PO4)3。工业上以石墨和铁作电极,电解熔融的氟氢化钾和氟化氢的混和物制得,电解总反应为:
[氟化氢]化学式HF,式量20.01。无色有刺激臭味气体或液体,极性分子,由于很强的氢键作用,常温下气体呈(HF)n(n=2-6)的缔合形式存在,80℃以上才基本由HF组成。液态时可能以比较稳定的五分子环(HF)5或六分子环(HF)6状态存在。气体密度0.991克/升,液体密度0.987克/厘米3,沸点19.54℃,熔点-83.1℃,有很强的腐蚀性和毒性。在空气中易形成白色酸雾,易溶于水,水溶液叫氢氟酸,酸性较弱。能溶于乙醇。能腐蚀玻璃。氟化氢是一个介电常数大的液体,能自行电离,并能与许多溶质形成导电溶液,可溶解许多有机化合物。无水液态氟化氢是一种很强的酸。应保存在塑料容器中。用于制氟化物、氢氟酸、氟硼酸、氟硅酸、有机氟碳化合物,含氟冷冻剂、含氟树脂,还用作半导体材料的清洗剂,蚀刻玻璃等。用浓硫酸跟氟化钙反应制得。
[氢氟酸]化学式HF,式量20.01。即氟化氢的水溶液。无色有刺激性气味。有强烈腐蚀性和毒性。浓度不高时酸性弱(室温下K=3.5×10-4),这是因为分子间易形成氢键,难电离出氢离子。浓溶液(5-15摩尔/升)酸性增强变成强酸,因为一部分F-通过氢键与HF形成缔合离子,如:
消耗了溶液中的F-,而使HF的电离度增大。能跟二氧化硅或硅酸盐反应生易挥发的SiF4,故易于腐蚀石英、玻璃及其它含硅物质。市售氢氟酸含氟化氢50%。用于制备高纯氟化物,刻蚀玻璃、镀件表面处理、酸洗铜、黄铜、不锈钢等。用水吸收氟化氢制得。
[氯]元素符号Cl,原子序数17,原子量35.453,外围电子排布3s23p5,位于第三周期3ⅦA族。原子半径99皮米,Cl-半径181皮米,第一电离能1251千焦/摩尔,电负性3.0,主要氧化数-1、0、+1、+3、+5、+7。单质氯以双原子分子Cl2组成。黄绿色有刺激性臭味的气体,有毒。密度 3.214克/升,熔点-100.98℃,沸点-34.6℃,离解能246.7千焦/摩尔。液态氯为金黄色液体,固态氯为四方晶体。20℃时在水中溶解度为7.29克/升,氯的水溶液呈黄绿色。部分水解成盐酸、次氯酸HClO,后者有漂白性。易溶于二硫化碳、四氯化碳等有机溶剂。在低温下干燥氯气化性不十分活泼。有痕量水存在时,活泼性急剧增加。能跟所有金属化合,能跟氧、氮、碳以外非余属单质直接化合。生成氯化物。有强氧化性,是强氧化剂。跟碱反应生成盐酸盐和次氯酸盐,如:
Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
加热时跟碱反应生成盐酸盐和氯酸盐,如:
跟饱和烃发生取代反应,跟不饱和烃发生加成反应。用于制漂白粉、盐酸、盐酸盐、农药、塑料、有机溶剂、染料、化学试剂,还用于漂白纸浆、布匹、饮水消毒、稀有金属和纯硅的提炼。1774年瑞典人舍勒用盐酸跟二氧化锰反应制得氯气,但不知道它是什么。1810年英国人戴维确定氯气是一种单质,确定了氯元素的存在。氯主要以氯化钠的形式存在于海水、盐湖和岩盐矿中。由35Cl和37Cl两种稳定同位素组成。在地壳中的丰度为0.14%。工业上用电解饱和食盐水制得,实验室常用浓盐酸跟二氧化锰共热制备。
[氯化氢]化学式HCl,式量36.46,无色有刺激性气味的气体。密度1.6394g/L,液态无色,密度1.187克/厘米3。熔点-114.8℃,沸点-84.9℃。易与空气中水蒸气形成白色酸雾,易溶于水,1体积水可溶500体积氯化氢(标准状况),水溶液称盐酸。也溶于乙醇和乙醚。干燥氯化氢化学性质不活泼,很难分解,对锌,铁等金属无作用;遇氨冒白烟,生成氯化铵。用于制盐酸、氯化物、氯乙烯,还用于聚合、异构、烷基化等反应,以及作缩合剂、催化剂等。工业上用氢气跟氯气合成。实验室由浓硫酸跟食盐共热制得。
[盐酸]化学式HCl,式量36.46。又称氢氯酸。是氯化氢的水溶液。市售浓盐酸含HCl37-38%,密度1.19克/厘米3,约12摩尔/升。含氯化氢20.22%的盐酸恒沸点为108.58℃。无色液体,易挥发,有刺激性臭味,有腐蚀性。强酸。能跟许多金属反应放出氢气并生成相应的氯化物。能和多种金属氧化物,碱反应生成盐酸盐和水。是重要的化工原料。广泛用于化学工业、冶金工业、石油工业、食品工业、制药工业。在电镀、焊接时用于清洗金属表面。稀盐酸用于治疗胃酸缺乏症。用水吸收氯化氢制得。
[氯酸]化学式HClO3,正五价氯的含氧酸仅仅存在于溶液中,呈无色,水溶液在真空中可浓缩到密度为1.282克/厘米3。不稳定,加热到40℃即被分解,并爆炸。有强酸性、强氧化性。用作化学试剂。由氯酸钡溶液跟硫酸反应后,经过滤、浓缩制得。
[次氯酸]化学式HClO,正一价氯的含氧酸,仅存于溶液中。稀溶液无色,浓溶液呈黄色,有强刺鼻气味。是一种弱酸K=3.0×10-8,极不稳定,见光分解为盐酸和氧气。有氧化性和漂白性,有杀菌能力。将氯气的水溶液中加入氧化汞或碳酸钙。再经减压蒸馏可得低于5%的次氯酸溶液。将一氧化二氯Cl2O与水反应可得高于5摩尔/升的次氯酸。
[高氯酸]化学式HClO4,式量100.46,最高价氯的含氧酸。无色粘稠液体,密度1.76克/厘米3,熔点-112℃,沸点39℃(7459帕--56毫米汞柱)。易吸湿,溶于水,常用试剂浓度为70%。纯态不稳定。已知最强酸,能与活泼金属反应放出氢气,与氨反应生成铵盐。有强氧化性,遇有机物发生爆炸性反应,同HI或SOCl2反应时会燃烧。纯酸加热至90℃分解为ClO2及O2。冷的稀溶液稳定性高。不显氧化性。有腐蚀性。用于制炸药、医药、分析化学。用高氯酸钾同浓硫酸反应后,再经减压蒸馏制得。工业上用铂电极电解氧化盐酸制得。
[王水]一体积浓硝酸与三体积浓盐酸的混合液(其摩尔比为1:3)。无色液体,但迅速变黄。具有比浓硝酸或浓盐酸更强烈的腐蚀性,能溶解铂和金。王水中含有硝酸、氯化亚硝基、氯等强氧化剂。
HNO3+3HCl=NOCl+Cl2+2H2O
王水中也含有高浓度的氯离子,能跟金属离子形成稳定的络离子,有利于向金、铂溶解方向进行:
Au+HNO3+3HCl=AuCl3+NO+2H2O
AuCl3+HCl=H[AuCl4]
3Pc+4HNO3+12HCl=3PtCl4+4NO+8H2O
PtCl4+2HCl=H2[PtCl6]
冶金工业和化学分析用于溶解金属。
[溴]元素符号Br,原子序数35,原子量79.909,外围电子排布4s24p5,位于第四周期第ⅦA族。原子半径114皮米,Br-半径196皮米,第一电离能1141千焦/摩尔,电负性2.8。主要氧化数-1、+1、+3、+5、+7。溴单质由双原子分子Br2组成。棕红色易挥发有强烈刺激性臭味的液体。密度3.119克/厘米3,熔点-7.2℃,沸点58.76℃。有毒,有腐蚀性。蒸气呈棕红色,固态呈黄绿色有金属光泽。20℃时在水中的溶解度为3.38克/100克水,易溶于四氯化碳,二硫化碳、乙醇等有机溶剂中。化学性质和氯相似,能与氢、金属和多数非金属反应,只是活泼性比氯差。用于制溴化物、药物、染料、熏蒸剂、灭火剂;还用于漂白、消毒。1826年,法国人巴拉尔得把氯气通入盐湖的提盐后的废母液中制得溴,并确定它是一种元素。自然界中主要以氢溴酸盐的形式存在。在地壳中的丰度为2.5×10-4%。工业上从海水制溴,即将氯气通入盐卤中把溴置换出来。
[溴化氢]化学式HBr,式量80.92。无色有刺激性气味的气体,密度3.5克/升,在空气中形成白色酸雾。易溶于水,水溶液叫氢溴酸。熔点-88.5℃,沸点-67.0℃。用于药物合成,并用作烷化催化剂。由氢与溴直接化合,或由溴化钠与磷酸或70%硫酸反应制得。
[氢溴酸]化学式HBr,式量80.92。氢溴酸是溴化氢的水溶液。无色,有刺激性的酸味,酸性强。有强腐蚀性。有还原性。用于医药、化学分析和有机合成。将溴化氢通入冷水中制得。
[溴酸]化学式HBrO3,式量128.92。仅存于溶液中。在100℃分解。是氧化性强的强酸。用作氧化剂,制染料、制医药。由溴酸钡与硫酸反应,再经蒸馏溶于水制得。
[碘]元素符号I,原子序数53,原子量126.9,外围电子排布5s2p5,位于第五周期ⅦA族,原子半径133皮米,I-半径220皮米,第一电离能1008千焦/摩尔,电负性2.5,主要氧化数-1、+1、+3、+5、+7。单质由双原子分子组成。紫黑色晶体,密度4.93克/厘米3,熔点113.5℃,沸点为184.35℃。有金属光泽,易升华,性脆。有毒性和腐蚀性。微溶于水,溶液呈褐色,由于歧化反应,显酸性。易溶于乙醇、二硫化碳、四氯化碳等有机溶剂。也易溶于碘化钾溶液,形成KI3,溶液呈深褐色。遇淀粉变蓝色。能与氟、氯、溴、磷、氢、多数金属直接化合,但不如其它卤素化学性质活泼。用于制感光材料、医药、染料、碘化合物等。1817年法国人库尔特瓦斯用硫酸处理海藻灰时发现了碘,希腊文原意是紫。碘在地壳中的丰度为3.0×10-5%,自然界海藻,石油矿井水及智利硝石中含有较多的碘。自然界中的碘主要以NaIO3形式存在,可用亚硫酸氢钠还原制取:
2IO3-+5HSO3-=5SO42-+H2O+3H++I2
实验室中用碘化物与二氧化锰和浓硫酸混合制取:
2NaI+3H2SO4+MnO2=2NaHSO4+MnSO4+2H2O+I2
[碘化氢]化学式HI,式量127.91。无色有刺激性气体。密度5.66克/升,熔点-50.8℃,沸点-35.38℃。易液化,液体呈苍黄色。在空气中与水蒸气形成白色酸雾,极易溶于水并放出大量热,其水溶液称氢碘酸,是强酸。碘化氢很不稳定,300℃时,即分解为碘和氢。有强还原性,可被Cl2、Br2、浓硫酸氧化游离出碘。用作还原剂、消毒剂、分析试剂、制备碘盐、合成药物。由碘蒸气跟氢气在铂催化条件下合成或由三碘化磷水解制得。
[氢碘酸]化学式HI,式量127.91。氢碘酸是碘化氢的水溶液。无色液体。饱和溶液在0℃时含90%的碘化氢。是一种强酸。有强腐蚀性和强还原性。常温下能被空气中氧氧化而析出碘,使溶液变淡黄色或棕色,在光的照射下反应更快。可用于制碘化物,药物、染料、香料、消毒剂,有机碘化合物。
[碘酸]化学式HIO3,式量175.91。无色正交晶体,密度4.629克/厘米3,熔点110℃,加热到110℃时,开始转变为HI3O8。195℃时完全脱水而成五氧化二碘I2O5。加热到300℃以上才分解为碘和氧气。是强酸,浓溶液有强氧化性。用作化学试剂、强氧化剂、制药物。用强氧化剂如Cl2、O3、HNO3、H2O2等氧化碘可制得纯碘酸,如:
I2+10HNO3(浓)=2HIO3+10NO2↑+4H2O
[砹]元素符号At,原子序数85,原子量210(最稳定的同位素的质量数),外围电子排布6s26p5,位于第六周期第ⅦA族。是极不稳定的元素,约有25种同位素,都有放射性,其中最稳定的210At半衰期最长,只有8.3小时。金属性较其它卤族元素强。熔点302℃(估计),沸点337℃(估计)。易挥发,易溶于苯,四氯化碳等有机溶剂。化学性质与碘相似,比碘易氧化、难还原。1940年美国人考尔森、麦肯齐和西格雷用α粒子(氦离子)轰击铋,第一次制得210At。半衰期为7.5小时。砹的原文是“不稳定”的意思。在地壳中砹的总量少于28.35克,它多是天然放射性元素如镭、锕、钍等的蜕变产物。供研究用的砹都是人工合成的,由高能α粒子轰击铋原子核而得。
[氧]元素符号O,原子序数8,原子量15.9994,外围电子排布2S22p4,位于第二周期第ⅥA族。原子共价半径66皮米,离子半径O2-132皮米,第一电离能1314千焦/摩尔,电负性3.5。氧元素有两种同素异形体,氧气O2和臭氧O3。氧分子有明显的顺磁性,这是因为O2分子是由一个σ键和两个三电子π键构成的,两个三电子π键有两个未成对电子,所以O2 是顺磁性的。氧气在通常状况下为无色、无臭、无味的气体,密度1.429克/升(气),1.149克/厘米3(液)、1.426克/厘米3(固)。熔点-218.4℃、沸点-182.962℃。主要氧化数为-2,在氟化氧中为+2,在过氧化物中为-1。液氧呈淡蓝色,固态氧为蓝色晶体。微溶于水,在水中溶解度为4.89毫升/100毫升水(0℃)。由于离解能较大(498.1千焦/摩尔),所以常温下氧气化学性质不甚活泼,高温下化学性质很活泼,能与大多数元素化合生成一种或一种以上氧化物或过氧化物。有氧化性是重要的氧化剂。纯氧大量用于金属熔炼、精炼、焊接、切割和表面处理过程。在化学工业上常用纯氧强化生产过程。液体氧用作致冷剂,也是高能燃料的氧化剂。它和锯屑、煤粉的混合物是液氧炸药。纯氧也用于航空、潜水和医疗中。天然存在的氧由16O(99.759%)、17O(0.037%)、18O(0.204%)三种同位素组成。在地壳中的丰度为49.5%,占第一位。大部分以水、氧化物、硅酸盐的形式存在。干燥空气中含20.946%体积的氧气。在1773年瑞典的舍勒分解硝酸盐和利用浓硫酸与二氧化锰反应制得氧气。1774年英国的普利斯特里加热氧化汞制得氧气。工业上用分馏液体空气制得,也可用电解水制得较纯的氧气。实验室常用氯酸钾与二氧化锰(催化剂)混合加热制取。
[臭氧]化学式O3,式量47.998,氧元素的一种同素异形体。有鱼腥气味的淡蓝色气体。密度2.144克/升;液态臭氧是深蓝色,密度1.614克/厘米3,沸点-111.9℃,固态臭氧是蓝黑色,熔点-192.7℃。分子呈V形。不稳定。常温下分解较慢,在164℃以上或有催化剂存在时或用波长为25纳米左右的紫外线照射臭氧时加速分解成氧气。液态时容易爆炸。臭氧有强氧化性,是比氧气更强的氧化剂,可在较低温度下发生氧化反应,如能将银氧化成过氧化银,将硫化铅氧化成硫酸铅、跟碘化钾反应生成碘。松节油、煤气等在臭氧中能自燃。有水存在时臭氧是-种强力漂白剂。跟不饱和有机化合物在低温下也容易生成臭氧化物。用作强氧化剂,漂白剂、皮毛脱臭剂、空气净化剂,消毒杀菌剂,饮用水的消毒脱臭。在化工生产中可用臭氧代替许多催化氧化或高温氧化,简化生产工艺并提高生产率。液态臭氧还可用作火箭燃料的氧化剂。存在于大气中,靠近地球表面浓度为0.001-0.03ppm,是由大气中氧气吸收了太阳的波长小于185纳米紫外线后生成的3O2 +hv=2O3。实验室和工业上都是将氧气在无声放电作用下制得。
[液氧炸药]由可燃性固体吸收剂跟液态氧组成的爆炸混合物。一般用炭黑、锯屑或金属粉等作吸收剂。先将吸收剂包裹成圆柱状,浸入液氧中,使吸收剂空隙充满液氧,即成液氧炸药。用雷汞或导火索起爆。广泛用于露天采矿和土木工程的爆破。是一种比较安全的炸药。空气中臭氧层使人类免受紫外线的伤害。
[硫]元素符号S,原子序数16,原子量32.06,外围电子排布3S23p4,位于第三周期第ⅥA族,主要氧化数-2、0、+2、+4、+6。原子共价半径104皮米,离子半径S-2184皮米,S+630皮米,第一电离能1000千焦/摩尔,电负性2.5。单质硫俗称硫磺。黄色晶体。有多种同素异形体,斜方硫又叫菱形硫或α-硫,在95.5℃以下最稳定,密度2.1克/厘米3,熔点112.8℃,沸点445℃,质脆,不易传热导电,难溶于水,微溶于乙醇,易溶于二硫化碳;单斜硫又称β-硫,在95.5°以上时稳定,密度1.96克/厘米3;弹性硫又称γ-硫是无定形的,不稳定,易转变为α-硫。斜方硫和单斜硫都是由S8环状分子组成,液态时为链状分子组成,蒸气中有S8、S4、S2 等分子,1000℃以上时蒸气由S2 组成。化学性质比较活泼,能跟氧、氢、卤素(除碘外)、金属等大多数元素化合,生成离子型化合物或共价型化合物。硫单质既有氧化性又有还原性。如硫跟铁共热生成硫化亚铁,跟碳在高温下生成二硫化碳,常温下跟氟化合生成六氟化硫,加热时跟氯化合生成S2Cl2。硫在工业上主要用于制硫酸、硫化橡胶、黑火药、火柴、硫化物等。农业上用作杀虫剂,如石灰硫磺合剂,还用于制医药,如硫磺软膏。古代人已认识了天然硫。硫以游离态和化合态存在于自然界中,化合态主要有硫化物和硫酸盐。在地壳中的丰度为0.048%。从天然硫矿制得,或将黄铁矿和焦炭混和在有限空气中燃烧制得。
3FeS2 +12C+8O2 =Fe3O4 +12CO+6S
[硫化氢]化学式H2S,式量34.08,有腐卵臭味的无色气体,有毒。分子结构与水相似,呈V形,有极性。密度1.539克/升,熔点-85.5℃,沸点-60.7℃。能溶于水,水溶液叫氢硫酸,还能溶于乙醇和甘油。完全干燥的硫化氢常温下不与空气中氧气反应,点火时可燃烧、有蓝色火焰。空气充足时生成二氧化硫和水,若空气不足或温度较低时生成硫和水。能使银、铜制品表面变黑,生成金属硫化物。有较强的还原性,跟二氧化硫反应生成硫和水,跟浓硫酸反应生二氧化硫和硫,跟氯气反应生成硫和氯化氢,跟三价铁盐溶液生成二价铁盐和硫,使硝酸还原为二氧化氮,使I2还原为I-,使MnO4-还原为Mn2+,反应中H2S通常被氧化为S,若氧化剂氧化性较强并过量时,H2S还可能被氧化成H2SO4 。H2S能跟多种金属离子反应可成不溶于水和酸的硫化物沉淀。用于分离和鉴定金属离子,精制盐酸,制备单质硫。由硫化亚铁跟盐酸或用硫蒸气跟氢气化合制备。
[氢硫酸]化学式H2S,式量34.08,硫化氢的水溶液叫氢硫酸,有腐卵臭味。是很弱的酸,在18℃时的电离常数为:K1=9.1×10-8, K2=1.1×10-12。在空气中易被氧化析出硫,溶液变浑浊。
[二氧化硫]化学式SO2 ,式量64.08,又名亚硫酸酐。分子呈V形结构,有极性。无色有刺激性气味的气体,有毒。密度2.927克/升(气)、1.437克/厘米3(液),熔点-72.7℃,沸点-10℃。易溶于水,通常情况下每升水可溶40升SO2 ,和水化合生成H2 SO3,也溶于乙醇。是酸性氧化物。有还原性,在催化剂作用下被氧气氧化成三氧化硫,跟二氧化氮反应生成三氧化硫和一氧化氮。遇强还原剂表现有氧化性,如跟硫化氢反应生成硫和水。跟氯化合生成SO2Cl2,有漂白性:跟某些色素生成不稳定的无色化合物。用于制三氧化硫、硫酸、亚硫酸盐;还用于漂白、杀菌、制合成洗涤剂、致冷剂、有机溶剂、精制润滑油。是大气主要污染物之一,工业上要求空气中含量不得超过0.02毫克/升。实验室用硫酸跟亚硫酸钠或亚硫酸氢钠反应制得。工业上用燃烧硫或煅烧金属硫化物(如黄铁矿FeS2 )制得。
[三氧化硫]又称硫酸酐,化学式SO3。式量为80.06。无色固体,易挥发。熔点16.8℃,沸点44.8℃。密度2.29克/厘米3(-10℃)。液体密度1.92克/厘米3(20℃)。蒸气状态的分子为平面三角形。固态时有三种变体,较重要的有α型和β型。α型是冰状结构的三聚体(SO3)3,β型是与石棉结构相似的(SO3)n结构。极易吸水,溶于水生成硫酸,并放出大量热。在空气中强烈冒“烟”。溶于浓硫酸生成发烟硫酸。是酸性氧化物,跟氧化镁反应放热发强白光。有强氧化性是强氧化剂,高温时氧化磷,生成五氧化二磷和二氧化硫,氧化碘化钾,生成碘和亚硫酸钾。用于制硫酸、氯磺酸及有机化合物的磺化。将二氧化硫和氧气在五氧化二钒催化作用下制得。
[硫酸]化学式H2SO4 ,式量98.08。纯硫酸为无色油状液体。市售浓硫酸含H2SO4 96-98%,密度1.841克/厘米3。凝固点10.4℃,沸点338℃(98.3%)浓硫酸有强烈吸水性,能与水以任意比混溶,并放出大量热,这是水合作用的结果。用水稀释浓硫酸时,只能在搅拌下将浓硫酸徐徐注入水中,切勿将水注入浓硫酸中。有强烈脱水性,从有机物中按水的组成夺取氢、氧原子,并能使某些有机物碳化。硫酸是二元强酸,纯硫酸中存在大量未电离分子,几乎不导电。它的水溶液导电,第一步电离完全,第二步电离不完全K2=1.2×10-2。稀硫酸具有酸的通性,其中H+也有氧化性。浓硫酸有强氧化性,可以氧化金、铂等以外的大多数金属和许多非金属,如:
铁、铝、铬等在冷、浓硫酸中发生钝化。浓硫酸将H2S氧化析出硫,将NaBr氧化生成溴,将KI氧化生成碘。跟苯等有机物发生磺化反应。硫酸是化学工业中最重要的产品之一,广泛用于生产化肥、农药、染料、炸药、人造纤维、精炼石油、冶金、金属加工、有机合成、铀矿加工等。工业上用接触法或铅室法制硫酸。接触法是以硫或黄铁矿(FeS2 )为原料,在空气中燃烧生成二氧化硫,在五氧化二钒催化剂作用下,二氧化硫被氧化生成三氧化硫,用98.3%的硫酸吸收三氧化硫,再用水稀释制得。
[焦硫酸]化学式H2S2O7,式量178.02。无色晶体,熔点35℃。溶于水生成硫酸:
H2S2O7+H2 O=2H2SO4
焦硫酸具有比浓硫酸更强的氧化性,用于制染料,炸药和其它有机磺酸化合物。由等摩尔的SO3和纯硫酸化合而成:
H2SO4 +SO3=H2S2O7
当冷却发烟硫酸时可以析出焦硫酸晶体。
[硫酸酐]见三氧化硫条。
[亚硫酸酐]见二氧化硫条。
[硫华]硫升华得到的粉状硫,主要组分是斜方硫。用于橡胶硫化、配制药膏、制杀虫剂和杀菌剂等。
[亚硫酸]化学式H2SO3,式量82.08,二氧化硫的水溶液叫做亚硫酸。没有得到游离的纯亚硫酸,只存在于水溶液中,不稳定,易分解出二氧化硫,因而有刺激性嗅味。水溶液存在下列平衡:
亚硫酸是中等强度的二元酸。 25℃时K1=1.54×10-2,K2=1.02×10-7。加热时驱出SO2 ,平衡向左移;加入碱时,平衡向右移动,生成酸式盐或正盐。具有氧化性和还原性,还原性强于氧化性。在碱性介质中是一良好的还原剂。能和许多有色有机物发生加成反应,生成无色化合物。用于漂白羊毛、蚕丝、麦杆。还用作还原剂,药物合成,造纸,石油产品炼制,消毒杀菌等。将二氧化硫通入水中制得。
[发烟硫酸]化学式H2SO4 ·xSO3。将三氧化硫溶解在浓硫酸中所形成的溶液称为发烟硫酸。无色油状液体。其密度、熔点、沸点随着三氧化硫的含量不同而改变。通常以游离SO3的含量未标明不同浓度的发烟硫酸,如40%发烟硫酸即表示在发烟硫酸中含有40%游离的SO3。一般使用的有20%发烟硫酸,密度为1.9克/厘米3,熔点-11℃,沸点166.6℃。发烟硫酸暴露在空气中,挥发出来的SO3,和空气中的水蒸气形成硫酸细小液滴而“发烟”。有吸水性、腐蚀性、脱水性,强氧化性。用作硝酸脱水剂、有机合成的磺化剂、有机硝化反应中的脱水剂。还用于精炼石油。
[硫代硫酸]化学式H2S2O3,式量114.14。仅存在溶液中。不稳定,45℃分解,生成水、二氧化硫、硫。硫代硫酸可看成是硫酸分子中的一个氧原子被硫原子所代替的产物。两个硫原子的平均氧化数为+2。其中一个硫原子氧化数为+6,另一个硫原子氧化数为-2,因此硫代硫酸及其盐类具有一定的还原性。硫代硫酸根酸离子在碱性条件下很稳定,有很强的络合能力。
[硫氰酸]可能有两种同分异构体,一为硫氰酸H-S-C≡N,一为异硫氰酸H-N=C=S。游离酸还没有分离出来。大多数硫氰酸盐都溶于水。SCN-离子是一个很好的配位体。SCN-离子一个特殊灵敏的反应是与Fe3+形成多种红色络合物。因此硫氰酸钾或硫氰酸铵常用作检验Fe3+的试剂。
[硒]元素符号Se,原子序数34,原子量78.96,外围电子排布4S2 4p4,位于第四周期第ⅥA族。主要氧化数-2、+2、+4、+6。原子共价半径117皮米,离子半径Se-2191皮米,Se+642皮米。第一电离能941千焦/摩尔,电负性2.4。单质硒的组成和分子结构随着外界条件而变化,能形成多种同素异形体:α单斜晶体、β单斜晶体、有金属光泽的灰色三角晶体,还有红色、黑色的无定形玻璃状硒。灰黑色硒最稳定,通常称为金属硒。密度4.79克/厘米3,熔点 217℃,沸点684.9℃。性脆,是一种典型的半导体。室温时在空气中稳定。加热时,硒在空气中燃烧发出蓝色火焰,生成二氧化硒。能跟氟、氯、金属直接化合。不与水、盐酸、稀硫酸反应。能跟浓硫酸、浓硝酸和强碱反应。用于制整流器、光电池、光度计、玻璃、陶瓷、催化剂、油漆等。1817年,瑞典的贝采里乌斯从硫酸厂铅室底部的物质中制得硒。硒是一种稀散元素,地壳中的丰度为9.0×10-6%。工业上从电解铜的阳极泥和硫酸厂的烟道灰,酸泥的废料中回收得到。
[碲]元素符号Te,原子序数52,原子量127.60。外围电子排布5S25p4,位于第五周期第ⅥA族。主要氧化数-2、+2、+4、+6。原子共价半径137皮米,离子半径Te-2211皮米,Te+650皮米,第一电离能869千焦/摩尔,电负性2.1。有结晶形和无定形两种同素异形体。结晶碲具有银白色的金属外观,密度6.25克/厘米3,熔点452℃,沸点1390℃,硬度2.5。无定形碲为褐色,密度6.0克/厘米3,熔点449.5±0.3℃,沸点989.8±3.8℃。碲在空气中燃烧发出蓝色火焰,生成二氧化碲,可与卤素反应,能溶于硫酸、硝酸、氢氧化钾和氰化钾溶液。易传热和导电。主要用于石油裂化的催化剂,电镀液的光亮剂、玻璃的着色材料,添加到钢材中以增加其延性,添加到铅中增加它的强度和耐蚀性。碲和它的化合物又是一种半导体材料。1782年,奥地利人缪勒从一种呈白而略带蓝的碲金矿里制得碲,1798年德国矿物学家克拉普罗特确定它为一新元素并命名,希腊文的原意是“地球”的意思。碲是一种稀散元素,地壳中的丰度为2.0×10-7%。工业上从电解铜的阳极泥或炼锌的烟尘中回收制取。
[钋]元素符号Po,原子序数84,原子量210,外围电子排布6S26p4,位于第六周期第ⅥA族,原子共价半径167皮米,Po+667皮米,第一电离能 818千焦/摩尔,电负性2.0。金属单质,外观与铅相似,质软。所有钋的同位素都有放射性。有两种同素异形体,α-Po密度 9.32克/厘米3,单正方体,β-Po密度9.4克/厘米3,单菱形体。熔点254℃,沸点962℃。主要氧化数+2、+4、+6。较同族碲金属性强。溶于浓硫酸、硝酸、稀盐酸、王水和稀氢氧化钾溶液。钋的化合物易水解并被还原。于1898年居里夫妇从沥青铀矿中分离出钋,为纪念居里夫人的祖国波兰命名为钋。世上最稀有的元素之一。它与铍混和可作中子源,也用作静电消除剂。天然的210Po,半衰期为138.4天。目前可用中子轰击铋,产生以毫克计的210Po,也可用锌还原氯化钋制得。
[氮]元素符号N,原子序数7,原子量14.01,外围电子排布2s22p3,位于第二周期第VA族。共价半径74皮米,离子半径(N3-)171皮米,(N+5)13皮米,第一电离能1402千焦/摩尔,电负性3.0。氮气(N2)是无色、无嗅、无味气体,密度1.25克/升(气),0.8081克/厘米3(液),熔点-209.86℃,沸点为-195.8℃。氧化数有+1、+2、+3、+4、+5、-1、-2、-3。氮气分子中核间距离为109.5皮米,分子中含有一个σ键和两个π键,两个氮原子间形成三个共价键,每个氮原子的2s电子为孤电子对。氮气分子很稳定,分子的离解能为946千焦/摩尔,加热到3000℃也不分解,比其它双原子分子都稳定。所以氮在常温下不活动。难溶于水,常温下每一体积水大约溶0.02体积氮。在高温时氮气可跟许多金属、非金属锂、钙、镁、铍、锶、钡、铬、钛、硅、硼等形成氮化物;跟氧化合成一氧化氮;在适当温度和压强并有催化剂存在条件下,跟氢化合生成氨;当超过1800℃时,氮、碳与氢化合生成氰化氢。利用氮气的不活动性,用作充填灯泡、焊接金属的保护气,保存粮食,水果等农副产品。还用于制取氨、硝酸、氰氨化钙、氰化物、尿素等。液态氮用作低温致冷剂,15N常用作示踪同位素。地壳中含氮0.0046%(质量百分数),绝大部分以游离态形式存在于大气中(约占大气体积的78%)。化合态则以多种形式存在,并且是动植物体的蛋白质的重要组成元素。主要矿物是硝酸钠。1772年,英国的丹尼尔·卢瑟福从磷和空气作用后剩下的气体中发现了氮。工业上采用大规模蒸发液态空气方法大规模制取氮。实验室中将亚硝酸钠溶液慢慢加到热饱和氯化铵溶液中制取氮气。
将氨通过热氧化铜,可得纯净的氮
叠氮化钠热分解可制得光谱纯氮。
[液态氮]无色无臭的液体。熔点-209.8℃,沸点-195.8℃。密度0.808克/厘米3,临界温度-146.89℃,临界压力3287±2千帕(33.54±0.02大气压)。主要用于获得低温的冷冻剂,广泛应用于制备稀有气体,低温手术、半导体工业以及超导等科研中。
[一氧化氮]化学式NO,式量30,分子中含有sp杂化轨道形成的共价键,一个σ键,一个双电子π键,一个三电子π键。它是含有奇数价电子的分子。通常为无色气体、液态、固态时呈蓝色。固态时有微弱的很松弛的双聚体N2O3存在。密度1.34克/升(气),1.269克/厘米3(液),熔点-163.6℃,沸点-151℃。微溶于水,不与水反应。较易溶于乙醇。在1000℃以上时才被分解。常温下易跟氧化合生成二氧化氮。能跟氟、氯、溴等化合生成卤化亚硝酰,如:
2NO+Cl2=2NOCl
由于分子中存在孤电子对,可以跟金属离子络合,如跟硫酸亚铁溶液形成棕色可溶性的硫酸亚硝基合铁(Ⅱ):
FeSO4+NO=[Fe(NO)]SO4
高温时表现有氧化性。汽车尾气中含有此气,是大气的一种污染源。是工业制硝酸的中间产物。由铜跟稀硝酸反应或由氨催化氧化制得。
[一氧化二氮]俗称笑气。化学式N2O2,式量44.02。无色气体,有微甜气味和微甜味道。密度1.977克/升,熔点-90.8℃,沸点-88.5℃。溶于水和乙醇,但不与水反应。室温时不活动。加热至500℃以上分解为氮气和氧气。高温时跟碱金属及许多有机物反应。有麻醉作用,吸入极少量时刺激面神经使人发笑。用作外科或牙科的麻醉剂及食物溶胶。用硝酸铵在熔融状态下分解制得。
[二氧化氮]化学式NO2,式量46.01。红棕色气体,有刺激性气味。分子有顺磁性。密度为l.4494克/升,熔点-11.2℃,沸点21.2℃,有毒!二氧化氮可以互相化合生成无色的四氧化二氮气体,常温下两种气体共存处于平衡状态。低于0℃时几乎都以四氧化二氮存在,为无色晶体,有抗磁性。140℃以上时全部转为NO2,加热至150℃以上时分解为NO和O2。溶于水生成硝酸和一氧化氮(或硝酸和亚硝酸)
3NO2+H2O=WHNO3+NO
溶于碱溶液生成硝酸盐和亚硝酸盐
2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O
溶于浓硝酸生成发烟硝酸。有强氧化性(比硝酸强),碳、硫、磷等可在二氧化氮中燃烧。可跟许多有机物发生剧烈反应。用作氧化剂、有机反应中的硝化剂,铅室法制硫酸用作催化剂。由铜跟浓硝酸反应制得。
[三氧化二氮]化学式N2O3,式量76.02。固态时为浅蓝色,液态时为深蓝色。纯的仅以固态形式存在。密度1.447克/厘米3(2℃,液),熔点-102℃,3.5℃时分解,室温时几乎完全分解为一氧化氮和二氧化氮。温度低于-20℃时稳定。溶于碱溶液生成亚硝酸盐。将等摩尔的一氧化氮和二氧化氮混合冷却到-21℃,可制得。
[五氧化二氮]化学式N2O5,式量108.02。白色斜方晶体,密度1.642克/厘米3,熔点30℃,沸点47℃(分解)。溶于水,跟水化合生成硝酸,易潮解。不稳定,易分解生成二氧化氮和氧气。有强氧化性,是强氧化剂。用五氧化二磷跟纯的无水硝酸经脱水反应制得。
[硝酸]化学式HNO3,式量63.01。纯硝酸为无色透明油状液体,易挥发,有刺激性气味,密度1.503克/厘米3,熔点-42℃,沸点83℃。易溶于水。一般市售浓硝酸密度约为1.42克/厘米3,含HNO365-70%,受热或见光可分解出二氧化氮,故呈红棕色。溶解过多的二氧化氮的浓硝酸称为发烟硝酸。属于强酸,有强氧化性和硝化性。有强腐蚀性,溅到皮肤上引起疼痛并变黄。能将灼热的碳氧化成二氧化碳,使硫氧化成硫酸,使磷氧化成磷酸。常温下浓硝酸能使铝、铁、铬钝化,阻止进一步被氧化腐蚀。除金、铂外,硝酸能溶解大多数金属,生成硝酸盐,而硝酸被还原生成NO2、NO或NH4NO3等。1体积浓硝酸与3体积浓盐酸的混和液称为王水,有强氧化性,可溶解金、铂。硝酸是重要基本化工原料,广泛应用于制染料、炸药、医药、塑料、氮肥、化学试剂以及用于冶金、有机合成。实验室由浓硫酸与硝酸钠共热制取。工业上主要用氨氧化法制取。
[亚硝酸]化学式HNO2,式量47.02。是三价氮的含氧酸,酸酐为三氧化二氮。亚硝酸仅存在于稀溶液中,溶液显微蓝色。很不稳定,受热即分解为NO2、NO和H2O。是弱酸(略强于醋酸)。既有氧化性又有还原性。用于有机合成中伯胺的重氮化反应。可将等摩尔的NO2和NO混和物通入冷水中制得。工业上用亚硝酸钠跟盐酸反应制得。
[氨]化学式NH3,式量17.03。分子中氮原子是以不等性sp3杂化的。在四个杂化轨道中有三个轨道和三个氢原子结合形成三个σ键,另一个轨道为不成键的孤电子对占有。由于孤电子对对成键电子对的排斥,N-H键间的夹角为106.6°,因此氨分子结构是三角锥形,氮原子位于锥顶,三个氢原子位于锥足,又因这一对孤电子对电子云较多地分布在氮原子的上部,因此使氨分子有很大的极性,同时表现出很强的加合性。氨分子的结构特点决定了氨分子的特性。液态和固态氨的分子间存在着氢键。氨是无色有强刺激性气味的气体。密度0.7710克/升(标准状况),熔点-77.7℃,沸点-33.35℃,临界温度132.9℃,临界压力11342.3千帕(112.3大气压)。氨在常温下很容易加压成为无色液体,也易凝固为雪状固体。极易溶于水,在标准状况下1体积水可溶解1200体积氨,在20℃时,1体积水可溶解700体积氨。溶液显碱性。易溶于乙醇和乙醚。液氨是良好的极性溶剂。液氨有微弱的电离作用
液氨能溶解碱金属,生成深蓝色溶液,很浓的碱金属氨溶液是强还原剂。氨通常很稳定。高温时可分解为氢气和氮气。有还原性,在纯氧气中燃烧显黄色火焰,生成氮气和水。在铂催化作用下,加热时会被氧化生成一氧化氮。通过加热的氧化铜时,可夺取其中氧
在常温下,氨在水溶液中能被许多强氧化剂(Cl2、H2O2、KMnO4、NaClO等)氧化,如:
3Cl2+3NH3=N2+6NH4Cl
氨分子可发生取代反应,氨分子中的氢原子可被其它原子或原子团取代,生成氨基-NH2,亚氨基=NH和N≡的一系列氨的衍生物。取代反应的另一种形式是氨以氨基或亚氨基取代其它化合物中的原子或基团,如:
HgCl2+2NH3=Hg(NH2)Cl↓+NH4Cl(氨基氯化汞)
氨还能进行加合反应,氨分子中氮原子上的孤电子对能跟其它离子或分子形成共价配位键;氨跟酸反应,生成铵盐,氨跟许多金属离子(Ag+、Cu2+、Cr3+、Zn2+等)及BF3分子形成氨络离子和络合物:[Ag(NH3)2]+、[Cu(NH3)4]2+、[Cr(NH3)6]3+、BF3·NH3。氨有广泛用途,可用于制液氨、氨水、硝酸、尿素、铵盐、塑料、染料、及医药等。氨水和铵盐可作化肥、无水氨可作致冷剂。实验室用铵盐跟熟石灰混和共热制得。工业上用氢氮混合气体在加热、加压、催化剂作用下合成。
[氨水]氨的水溶液,无色有强烈刺激性气味。氨含量越多,密度越小。一般市售浓氨水的密度为0.91克/厘米3,浓度约为28%(质量百分数)。最浓的氨水密度为0.88克/厘米3,浓度为35.28%(质量百分数)。在氨水中既有自由的氨分子,也有水合氨分子和铵离子,主要形成水合氨分子,实质上是氨分子和水供给的氢以配位键相结合形成的。只有一小部分水合氨分子电离成铵根离子和氢氧根离子,故溶液显弱碱性。在氨水中存在下列平衡:
25℃时,氨水的电离常数为K=1.8×10-5。氨水吸收二氧化碳,生成碳酸氢铵;吸收二氧化硫,生成亚硫酸铵或亚硫酸氢铵。在常温下氨水可被Cl2、KMnO4等强氧化剂氧化。跟酸反应生成铵盐。跟Ag+、Cu2+、Cr3+、Zn2+等金属离子作用生成络离子。氨水可用作化学试剂、化肥、洗涤剂、消毒剂、医药。将氨气通入水中制得。
[联氨]别名肼,化学式NH2-NH2。无色油状液体,与水、乙醇互溶。熔点2℃,沸点113.5℃,有氨的气味,剧毒。联氨可看做是氨分子内的一个氢原子被氨基取代的衍生物。有碱性,可与无机酸反应生成盐。在水溶液中既显氧化性又显还原性。在酸性溶液中是强氧化剂。在强碱性溶液中是强还原剂。有强腐蚀性,可腐蚀玻璃、橡胶、软木等。有可燃性:
N2H4(液)+O2(气)=N2(气)+2H2O(液)+624千焦
用作火箭燃料,医药原料,也常用作还原剂、显影剂。先用氯跟稀氨水反应制得氯氨NH2Cl,然后加过量氨即得联氨。
2NH3+Cl=NH2Cl=NH4Cl
2NH3+NH2Cl=N2H4+NH4Cl
[氯化铵]化学式NH4Cl,式量53.49。天然产物称“硇砂”。无色立方晶体,密度1.527克/厘米3,熔点340℃(升华),沸点520℃,易溶于水微溶于醇,加热时,易分解为氨和氯化氢。跟碱共热可放出氨气。高温时跟金属氧化物反应。用于作干电池中的电解质,金属焊接时的助焊剂、媒染剂。配制电镀液,也可用作化肥,医疗上用作痰药。是联合制碱法的副产物。
[硫酸铵]简称硫铵。化学式(NH4)2SO3,式量132.14,无色斜方晶体。密度1.769克/厘米3,235℃分解。溶于水不溶于乙醇。工业品含氮约为20-21%。是一种速效肥料,适用于一般作物,最好用作追肥。还可用作焊药、织物防火剂等。工业上主要用硫酸跟氨反应制成。
[硝酸铵]简称硝铵。化学式NH4NO3,式量为80.04。无色单斜或斜方晶体。密度1.725克/厘米3,熔点169.6℃,沸点210℃,分解为水和一氧化二氮。剧烈加热可能引起爆炸。易溶于水、乙醇。溶于水时能吸收大量热而降温。易潮解。如加热高于300℃硝酸铵可分解为水、氮气和氧气。用于制笑气、烟火、炸药,也用作化肥、氧化氮吸收剂、致冷剂。用硝酸跟氨水作用制得。
[碳酸铵]化学式(NH4)2CO3·H2O,式量114.10。无色晶体或白色粉末,有氨味。溶于冷水。在空气中逐渐失去氨而生成碳酸氢铵。58℃时分解为氨、二氧化碳和水。
[碳酸氢铵]又称酸式碳酸铵或重碳酸铵。化学式NH4HCO3,式量79.06,无色单斜或斜方晶体。密度1.58克/厘米3,熔点107.5℃(分解)。溶于冷水,不溶于乙醇。不稳定,36℃以上时即分解为氨、二氧化碳和水,60℃时即迅速分解。有强烈的氨气味。用作肥料、灭火剂、发酵、医药等方面。将浓氨水通入二氧化碳、饱和后结晶制得。
[磷酸二氢铵]又称磷酸一铵。化学式NH4H2PO4,式量115.03。无色四方晶体,密度1.803克/厘米3,熔点190℃。溶于水显弱酸性。在空气中稳定。高于熔点时分解出氨和水,形成偏磷酸铵(NH4PO3)x和磷酸混和物。用作磷氮复合肥料、木材、纸张、织物的防火剂(如作火柴梗的灭烬剂),还用作制药、压电晶体。用磷酸跟氨水作用制得。
[亚硝酸铵]化学式NH4NO2,式量64.048。浅黄色菱形晶体。密度1.69克/厘米3,易溶于水和乙醇。不稳定,常温时即逐渐分解为氮和水,受热时分解加快,浓溶液比干燥的晶体分解要快。当温度高于60℃时强烈的爆炸。用NH4ClO4温溶液跟KNO2温溶液混和冷却,析出难溶的KClO4晶体,制得NH4NO2溶液。
[重铬酸铵]别名红矾铵,化学式(NH4)2Cr2O7,式量252.06。橙红色晶体,溶于水,不溶于醇。密度2.15克/厘米3。在168℃时分解(反应时出现火焰),生成松散绿色Cr2O3粉末
与多种有机物接触、摩擦、撞击引起燃烧或爆炸。有腐蚀性,有毒。用作分析试剂、媒染剂、氧化剂、香料合成、照像制版。将CrO3溶于水,控制温度在15℃以下分次少量加入氨水到中性、冷却、结晶制得。
[氢叠氮酸]化学式HN3,式量43.03。无色有刺激性气味的液体,沸点35.8℃,熔点-80℃。是易爆物质,受到撞击立即爆炸、分解。
2HN3=3N2+H2
稀溶液几乎不分解。HN3为弱酸Ka=1.9×10-5。用稀硫酸与叠氮化钠反应可制得叠氮酸。而叠氮化钠可从下列反应制得:
NaNH2+N2O=NaN3+H2O
[氰化氢]化学式HCN,式量27.028。又称甲腈。无色液体,有苦杏仁气味,气体密度0.901克/升,液体密度0.699克/厘米3。熔点-14℃,沸点26℃。易挥发,剧毒。0.05克即可致死。分子有极性,分子间易发生缔合作用。极易溶于水,水溶液称氢氰酸,极弱酸,K=2.1×10-9。易溶于醇和醚。燃烧时显蓝色火焰。溶液跟氯气反应生成氯化氰和盐酸。与浓无机酸反应生成氨和甲酸。用于制备氰化物、丙烯腈、染料、杀虫剂、熏蒸剂等。工业上用甲烷、氨和氧气在800℃铂催化条件下制得。实验室用氰化钠浓溶液跟稀硫酸混合蒸馏制得。
[氢氰酸]见氰化氢条。
[磷]元素符号P,原子序数15,原子量30.97。外围电子排布3s23p3,位于第3周期第ⅤA族。共价半径 110皮米,P3-半径212皮米,P+5半径为35皮米,第一电离能1011.8千焦/摩尔,电负性2.1。单质磷有几种同素异形体,其中白磷或黄磷是白色或淡黄色腊状晶体,是由P4分子组成的分子晶体,P4分子是四面体构型。密度1.82克/厘米3,熔点44.1℃,沸点280℃,着火点40℃,有蒜臭气味,有剧毒,致死量为60-100毫克。难溶于水,易溶于二硫化碳,在气态和溶液中以P4形式存在。白磷在潮湿空气中缓慢氧化,部分反应的能量以光能的形式释放出来,故在暗处可看到磷光。白磷在空气中经缓慢氧化,积蓄热量使温度达到着火点,引起自燃。白磷隔绝空气加热到400℃数小时可转化为红磷。红磷是暗红色粉末,是磷的一种稳定变体,无定形体。密度2.2克/厘米3,不溶于水和二硫化碳等一般溶剂,熔点590°(4355.9千帕--43大气压),沸点200℃,着火点240℃。无毒。在416℃时红磷升华,它的蒸气冷却后变成白磷。在1.2×109千帕(12000大气压)和200℃时,白磷可转变成一种黑色同素异形体--黑磷,它有石墨状片层结构,呈铁灰色,有金属光泽,能导电,密度2.25-2.69克/厘米3,燃点490℃。白磷化性活动,红磷次之,黑磷化学活动性最差。磷的各种单质都能燃烧生成五氧化二磷;白磷、红磷都易与卤素化合,生成三卤化磷或五卤化磷。白磷溶于热浓碱液中生成磷化氢和次磷酸盐,如:
P4+3KOH+3H2O=PH3↑+3KH2PO2
白磷可跟金、银、铜、铅盐溶液反应。如:
2P+5CuSO4+8H2O=5Cu+2H3PO4+5H2SO4
11P+15CuSO4+24H2O=5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4
白磷用于制磷酸、燃烧弹、烟雾弹、杀鼠药等。红磷用于制火柴和农药等。1669年德国的布兰特从人尿蒸馏和干馏后的物质中制得白磷。自然界中磷以磷酸盐的形式存在,主要矿石有磷灰石。磷也构成生物体的重要元素,存在于细胞、骨骼、蛋白质中。工业上将磷酸钙、二氧化硅和焦炭混和在电炉中反应制得白磷。
[五氧化二磷]化学式P2O5,式量141.94,化学式也可写作P4O10。白色粉末。密度2.39克/厘米3。于300℃升华,熔点580-585℃,有强烈吸水性和脱水性,在空气中极易潮解,易溶于水并跟水化合、跟少量冷水反应生成偏磷酸HPO3,跟热水反应生成磷酸H3PO4,所以五氧化二磷也叫磷酸酐。用作气体或液体的干燥剂,有机合成的脱水剂,制造纯磷酸。将磷在干燥空气中燃烧制得。
[磷化氢]化学式PH3,式量34.00。无色类似大蒜气味的剧毒气体。密度1.529克/升,熔点-133.5℃,沸点-87.4℃。微溶于水,溶于乙醇和乙醚。含有联膦P2H4或P4蒸气时,可自燃生成磷酸
PH3+2O2=H3PO4
受热易分解。与卤化氢化合生成卤化,如PH4Cl。有较强的还原性,能跟Cu2+、Ag+、Au3+的盐溶液反应还原出金属。与过渡元素形成络合物。用于制备有机化合物。由磷化钙或其它磷化物水解生成。
[磷酸]也称正磷酸,化学式H3PO4,式量97.994。纯品为无色斜方晶体。密度1.843克/厘米3,熔点42.35℃。市售浓磷酸是粘稠液体(约含85-98%)。易潮解,溶于水和乙醇。是三元中强酸,在25℃时电离常数K1=7.5×10-3,K2=6.2×10-8,K3=2.2×10-13。加热至213℃时失去部分水变为焦磷酸H4P2O7,进一步脱水生成偏磷酸HPO3。磷酸稳定,400℃以下无氧化性。无毒,有腐蚀性,可腐蚀石英。用于制磷酸盐、复合肥料、磷酸酯萃取剂、染料、合成洗涤剂、医药、还用于金属酸洗及防锈。工业上用磷灰石Ca3(PO4)2跟硫酸反应制得,用硝酸跟磷反应可制得较纯磷酸。
[偏磷酸]化学式HPO3,式量79.98,无色玻璃状体,易潮解,密度2.2-2.5克/厘米3,易溶于水并生成正磷酸H3PO4有毒。用作化学试剂、脱水剂、催化剂。由磷酸高温脱水或由五氧化二磷跟适量水反应制得。
[磷酸酐]见五氧化二磷条。
[安福粉]是复合肥料磷酸铵的商品名称。
[砷]元素符号As,原子序数33,原子量74.93,外围电子排布4s24p3,共价半径121皮米,离子半径As3-222皮米,As+546皮米,第一电离能859.7千焦/摩尔,电负性2.0。位于第四周期第ⅤA族。主要氧化数有-3、+3、+5。俗名砒。有三种同素异形体:黄色的α体、黑色的β体和灰色的γ体。室温下最稳定的是γ体,有明显的金属性质,硬而脆,密度 5.73克/厘米3,熔点817℃(2836.4千帕--28大气压),613℃升华。气态分子组成为As4(800℃)。游离态砷化性很活泼,在空气中加热至200℃时有荧光出现,在400℃时燃烧呈蓝色火焰,并形成白色的氧化砷烟(As4O6),易与氟、氮化合,在加热时也易和大多数金属和非金属化合。不溶于水。能被硝酸或浓硫酸氧化生成砷酸,如:
3As+5HNO+2H2O=3H3AsO4+5NO
跟熔融氢氧化钠反应生成亚砷酸钠Na3AsO3并放出氢气。能溶于王水。砷及其化合物都有毒。砷在自然界分布很广,主要以化合态存在,少量以游离态存在。在地壳里丰度为5.0×10-4%,重要矿物有毒砂FeAsS、雄黄AsS、雌黄As2S3和白砷石As2O3等。1250年罗马的马格努斯用雄黄共热发现了砷。主要用途是与铅、铜、锌等制成合金,也用于制医药和杀虫剂以及半导体材料如砷化镓。由三氧化二砷跟碳反应制得。
[砷化氢]化学式AsH3,式量77.95。无色有恶臭的有剧毒的气体。密度2.69克/升,沸点-55℃,熔点-116.3℃。隔绝空气加热时分解为砷和氢气。在分析化学或法医常用以检测砷。室温时在空气中能自燃
2AsH3+3O2=As2O3+3H2O
砷化氢也叫胂。由砷化锌Zn3As2与稀硫酸反应可制得。用活泼金属在酸性溶液中使砷化合物还原也可制得:
As2O3+6Zn+6H2SO4=2AsH3+6ZnSO4+3H2O
[砷化镓]化学式GaAs,式量144.64。是一种重要的化合物半导体材料,同锗、硅比,其禁带宽度和电子迁移率都比较大,用它制造的器件有较好的频率特性和耐高温特性。用来制造微波半导体器件和半导体激光器。由镓和砷在高温下合成,再制成单晶体。
[三氧化二砷]别名亚砷酸酐,俗称砒霜,化学式As2O3,式量197.84。白色粉末,微溶于水。两性氧化物,溶于盐酸生成三氯化砷,溶于氢氧化钠和碳酸钠溶液生成亚砷酸钠。约193℃升华,剧毒,致死量约0.06克。用于制亚砷酸盐、医药、防腐剂。由砷燃烧制得。
[砷酸]化学式H3AsO4,式量141.94。无色透明晶体或白色粉末。有毒。有潮解性。溶于水、乙醇。溶于碱溶液生成砷酸盐。加热时可依次变为焦砷酸、偏砷酸。再变为五氧化二砷。主要用于制砷酸盐、杀虫剂和医药。用砷或三氧化二砷跟硝酸反应制得。
[砒霜]见三氧化二砷条。
[雄黄]矿物名。化学成分为AsS,也称鸡冠石。单斜晶系,晶体为柱状,大多成块状集合体。多数为桔红色。半透明,晶面有金刚光泽。密度3.5克/厘米3。难溶于水。质脆,有毒。用于提炼砷,制取三氧化二砷。还用于制颜料、玻璃、焰火。中医药用为解毒、杀虫药,外用治癣疥恶疮、蛇虫咬伤;内服微量治惊痫、疮毒等。
[雌黄]矿物名。化学成分为As2S3。单斜晶系,晶体常呈柱状。集合体呈短柱状,板状。柠檬黄色,有时微带浅褐色。有金刚光泽或珍珠光泽。质脆,解理完全。灼烧后发出强烈的蒜臭。用于提取三氧化二砷,制造玻璃、颜料等。
[锑]元素符号Sb,原子序数51,原子量121.75,外围电子排布5s25p3,位于第五周期第ⅤA族。共价半径141皮米,离子半径Sb-3245皮米,Sb+562皮米,第一电离能833.7千焦/摩尔,电负性1.9,主要氧化数(-3)、+3、+5。锑有几种同素异形体。通常最稳定的是灰锑,银白或银灰色菱形晶体,脆而硬,由液态凝固时体积膨胀,即有冷胀性,密度6.68克/厘米3,熔点 630.74℃,沸点1750℃,锑蒸气分子为Sb4,导电性差。此外还有灰色的无定形锑,黄色的黄锑,黑色的黑锑等。锑化学性质不很活动。室温下不能被空气中氧气氧化,但能跟氟、氯、溴化合生成三价或五价卤化物。加热时可跟碘、硫化合。高温时燃烧显蓝色并生成Sb4O6。常温时不跟水反应,红热时跟水反应放出氢气。跟热硝酸反应,生成水合氧化锑:
6Sb+10HNO3+3xH2O=3Sb2O5·xH2O+10NO↑+5H2O
能溶于热的浓盐酸和硫酸生成氯化锑和硫酸锑。与强碱反应生成亚锑酸盐,主要用于制合金如印刷用的活字合金、硬质合金、巴氏合金。还用于制锑盐、医药、颜料及半导体材料等。古代已应用锑及其化合物。在自然界中有游离态和化合态两种形式存在,主要矿物有辉锑矿(Sb2S3)和方锑矿(Sb2O3)。在地壳中的丰度为1.0×10-4%。用辉锑矿跟铁屑共热,或用三氧化二锑与碳共热都可还原出锑。
[三氯化锑]化学式SbCl3,式量228.11。无色正交晶体,密度3.140克/厘米3,熔点73.4℃,沸点283℃。潮解,易溶于水,并被水解为氯氧化锑SbOCl。常温下可溶于无水乙醇而不分解,可溶于盐酸。用于制造吐酒石、药物,还用于有机合成的催化剂。将锑跟氯气反应或将三氧化二锑跟氯化氢气体反应制得。
[铋]元素符号Bi,原子序数83,原子量208.98,外围电子排布6s26p3,位于第六周期第ⅤA族,共价半径152皮米,离子半径Bi3+120皮米,Bi5+74皮米,第一电离能703.3千焦/摩尔,电负性1.9。银白色或微红色有金属光泽的晶体,熔点271.4℃,沸点1560±5℃,蒸气分子中单原子分子和双原子分子处于平衡状态。主要氧化数-3、+1、+3、+5。质脆而硬,凝固时体积膨胀,膨胀率为3.3%。密度9.747克/厘米3。常温下在干燥空气中稳定,在潮湿空气中可被氧化。红热时燃烧呈蓝色火焰,生成黄色氧化物Bi2O3。常温下不跟水反应,红热时能被水蒸气缓慢氧化。铋粉可在氯气中自燃,加热时跟溴、碘、硫、硒直接化合生成三价化合物。不溶于稀盐酸和稀硫酸,溶于硝酸和浓硫酸生成三价铋盐。1753年英吉甫鲁瓦发现了铋。自然界中有游离态和化合态两种形式。主要矿物有辉铋矿、铋华等。在地壳中的丰度为2.0×10-5%。主要用于制低熔点合金(熔点在45℃以上100℃以下),在消防和电气工业上用作自动灭火装置和保险丝及焊锡。还用于制活字合金、医药等。由煅烧辉铋矿得三氧化二铋,再与碳共热还原得到铋。
[碳]元素符号C,原子序数6,原子量12.01,外围电子层排布2s22p2,位于第二周期第ⅣA族,主要氧化数有+4、+2、-4、(-2),共价半径为77皮米,离子半径(C4+)16皮米,第一电离能1086.1千焦/摩尔,电负性2.5。有碳-12和碳-14两种稳定的同位素,碳-14具有放射性。碳原子的价电子数目与价电子轨道数相等,是等电子原子,可以用sp、sp2、和sp3杂化轨道形成4个σ键、碳原子半径小,还能形成p-pπ键,所以碳能形成多重键(双键或叁键),碳原子自相结合成键的能力很强,所以碳的化合物特别多。在自然界分布很广,石墨、煤、石油、天然气、石灰石、动植物体中都含碳元素。地壳中碳占总质量的0.032%。碳有三种同素异形体:金刚石、石墨和无定形碳(如木炭、焦炭、炭焦等,由石墨微晶体构成)。碳的物理性质和化学活动性跟其晶体结构有密切关系。金刚石为典型原子晶体,不导电,硬度最大,密度3.51克/厘米3,熔点3550℃,沸点4827℃;石墨质软,灰黑色,密度2.25克/厘米3,熔点 3652℃,有良好传热和导电性。碳化学性质稳定,常温下不跟空气中的氧气反应,不溶于水,稀碱和有机溶剂中。在高温时,碳燃烧生成一氧化碳或二氧化碳。卤素中只有氟跟碳反应。跟硫在高温下生成二硫化碳。红热的碳跟水蒸气反应生成水煤气(CO和H2)。高温时可跟许多金属反应生成金属碳化物。高温时有强还原性,可将一些金属或非金属从氧化中还原出来。可被热浓硫酸或热浓硝酸氧化成二氧化碳。碳有广泛的用途,是钢铁和某些其他合金的重要组成部分,是冶金工业、化学工业的重要原料。碳在古代就被发现。裂解天然气(主要成分是甲烷)可得到纯净的碳。
[金刚石]是碳的一种同素异形体,典型的原子晶体。碳原子形成4个sp3杂化轨道,以共价键彼此相连,每个碳原子都处于与它相联的四个碳原子所组成的正四面体的中心,组成了晶体,整个晶体可以看成是一巨型分子。晶体属等轴晶系,常为八面体晶形。纯品无色透明、有强烈光泽,因含杂质呈蓝色、天蓝色、淡黄色、红色或黑色。密度3.15-3.53克/厘米3,熔点3550℃,沸点4827℃,硬度10,是最硬的物质。不导电。在紫外线下显淡青蓝色荧光。与各种化学试剂不起反应,777℃时能在氧气中燃烧生成二氧化碳。用作高级的研磨、钻孔、切割、拉丝工具。透明的经过琢磨称为钻石,是一种华贵的装饰品。自然界有少量金刚石矿。用人工方法可制造金刚石,如石墨在高温高压和催化剂作用下可转化成金刚石。
[石墨]是碳的一种同素异形体,是原子晶体、金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体。在晶体中同层碳原子间以sp2杂化形成共价键,每个碳原子与另外三个碳原子相联,六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环,伸展形成片层结构。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道,它们互相重叠,形成离域的π键电子在晶格中能自由移动,可以被激发,所以石墨有金属光泽,能导电、传热。由于层与层间距离大,结合力(范德华力)小,各层可以滑动,所以石墨的密度比金刚石小,质软并有滑腻感。灰黑,不透明固体,密度2.25克/厘米3,熔点3652℃,沸点4827℃,硬度1。化学性质稳定,耐腐蚀,同酸、碱等药剂不易发生反应。687℃在氧气中燃烧生成二氧化碳。可被强氧化剂如浓硝酸、高锰酸钾等氧化。可用作抗磨剂、润滑剂,高纯度石墨用作原子反应堆中的中子减速剂,还可用于制造坩埚、电极、电刷、干电池、石墨纤维、换热器、冷却器、电弧炉、弧光灯、铅笔的笔芯等。
[活性炭]是一种黑色粉状,粒状或丸状的无定形具有多孔的碳,也具有石墨那样的精细结构,只是晶粒较小,层层间不规则堆积。具有较大的表面积(500-1000米2/克),有很强的吸附性能,能在它的表面上吸附气体、液体或胶态固体;对于气体、液体,吸附物质的质量可接近于活性炭本身的质量。其吸附作用具有选择性,非极性物质比极性物质更易于吸附。在同一系列物质中,沸点越高的物质越容易被吸附,压强越大温度越低浓度越大,吸附量越大。反之,减压,升温有利于气体的解吸。常用于气体的吸附、分离和提纯,溶剂的回收,糖液、油脂、甘油、药物的脱色剂,饮用水及冰箱的除臭剂,防毒面具中的滤毒剂,还可用作催化剂或金属盐催化剂的载体。可用木材、泥炭、坚果壳等为原料,经干馏、活化处理后得到活性碳。
[焦炭]干馏煤或石油沥青后得到的固体产物。呈银白色或灰黑色光泽。坚硬多孔,热值为25000-31400千焦/千克。根据原料、干馏温度和用途的不同,可分为高温焦、中温焦、低温焦、冶金焦、煤气焦、石油焦等。焦炭燃烧时无烟、有较强的抗压强度,是一种非常好的还原剂。用于生铁和其它金属的冶炼,还用于制造电石、半水煤气。是一种重要的化工原料。
[炭黑]黑色质轻且细的无定形碳粉末。密度1.8-2.1克/厘米3。不溶于各种溶剂。根据不同原料得到的炭黑分别称为乙炔黑、灯黑、混气炭黑、气黑等。按产品性能可分为:高耐磨炭黑、导电炭黑、补强炭黑等。主要用作橡胶的补强剂,也用于黑色颜料、油漆、油墨的制造。将天然气、重油、焦油产品高温裂解或进行不完全燃烧制得。
[二氧化碳]化学式CO2,式量44.01。俗名碳酸气,也称碳酸酐或碳酐。为无色略有酸味的气体。密度为1.977克/升,熔点-56.6℃(226.89千帕--5.2大气压),沸点-78.5℃(升华)。临界温度31.1℃。常温下7092.75千帕(70大气压)液化成无色液体。液体二氧化碳密度1.1克/厘米3。液体二氧化碳蒸发时或在加压冷却时可凝成固体二氧化碳,俗称干冰,是一种低温致冷剂,密度为1.56克/厘米3。二氧化碳能溶于水,20℃时每100体积水可溶88体积二氧化碳,一部分跟水反应生成碳酸。化学性质稳定,没有可燃性,一般不支持燃烧,但活泼金属可在二氧化碳中燃烧,如点燃的镁条可在二氧化碳中燃烧生成氧化镁和碳。二氧化碳是酸性氧化物,可跟碱或碱性氧化物反应生成碳酸盐。跟氨水反应生成碳酸氢铵。无毒、但空气中二氧化碳含量过高时,也会使人因缺氧而发生窒息。绿色植物能将二氧化碳跟水在光合作用下合成有机物。二氧化碳可用于制造碳酸氢铵、小苏打、纯碱、尿素、铅白颜料、饮料、灭火器以及铸钢件的淬火。二氧化碳在大气中约占总体积的0.03%,人呼出的气体中二氧化碳约占4%。实验室中常用盐酸跟大理石反应制取二氧化碳,工业上用煅烧石灰石或酿酒的发酵气中来获得二氧化碳。
[一氧化碳]化学式CO,式量28.01。一氧化碳分子有十个价电子,是等电子体,分子中有三重键,一个σ键、两个π键,其中一个π键为配位键,这对电子来自氧原子。一氧化碳是无色无臭气体,密度1.25克/升,熔点-199℃,沸点-191.5℃,微溶于水。在空气中燃烧时呈蓝色火焰并生成二氧化碳,若跟空气或氧气混和点燃时容易发生爆炸。有还原性,在高温下、是一种很好的还原剂,能还原许多金属氧化物(如氧化铁、氧化铜、二氧化锰等)。加热时跟碱反应生成甲酸盐。
NaOH+CO=HCOONa
跟硫、氯反应分别生成硫氧化碳COS或光气COCl2。能跟过渡金属形成羰基络合物Fe(CO)5、Ni(CO)4、和Cr(CO)6等。工业上常用亚铜盐的氨水溶液来吸收混和气体中的一氧化碳
CO有毒,人吸入少量会感到头痛,吸入多量会因缺氧致死,这是因为一氧化碳跟血红蛋白形成稳定的络合物,(一氧化碳跟血红蛋白的亲和力是氧跟血红蛋白亲和力的230-270倍)使血红蛋白丧失了输氧能力,即煤气中毒。空气中只要有八百分之一体积的一氧化碳,就可使人在半小时内死亡。一氧化碳用作气体燃料,冶金工业中用作还原剂,化学工业中用做有机合成的原料。实验室中用甲酸或草酸跟浓硫酸反应制取,工业上将用有限空气通过灼热的碳或将水蒸气通过灼热的碳来制取。
[二硫化碳]化学式CS2,式量76.14。纯品为无色液体,工业品含杂质者呈黄色,有臭味,有毒。密度1.26克/厘米3,熔点-108.6℃,沸点46.3℃。不溶于水,易溶于乙醇、乙醚、苯、四氯化碳。二硫化碳是良好的溶剂、能使白磷、硫、碘、蜡、树脂、樟脑溶解,能溶于苛性碱和硫化碱溶液中。用作油脂、蜡、橡胶、硫、树脂的溶剂,羊毛的脱脂剂,农作物的杀虫剂,衣物的去渍剂。可用硫蒸气跟红热的碳反应制得。
[干冰]化学式CO2,固态二氧化碳的俗称。白色冰雪状固体,分子型晶体。无毒无腐蚀性,密度1.56克/厘米3(-79℃)、熔点-56.6℃(226.89千帕--5.2大气压)。受热后,在-78.5℃时不经过液态直接变成气体(升华)。常压下气化时可得-80℃左右的低温,减压蒸发可得更低的温度。用作低温致冷剂,用于冷冻食品的运输箱、冷藏卡车。与乙醚、氯仿或丙酮等有机溶剂组成的冷膏在施工中用于低温冷浴,还可用于人工降雨、灭火和制汽水等。使液态二氧化碳减压膨胀可制得干冰。
[硅]元素符号Si,原子序数14,原子量28.086,外围电子排布3s23p2,位于第三周期第ⅣA族,共价半径117皮米,离子半径42皮米,第一电离能786.1千焦/摩尔,电负性1.8。有晶体和无定形两种同素异形体。晶体硅呈银灰色,有明显的金属光泽、晶格和金刚石相同,硬而脆,能导电,但导电率不如金属且随温度的升高而增加,属半导体。密度2.33克/厘米3,熔点1410℃,沸点2355℃,硬度7。低温时单质硅不活泼,不跟空气、水和酸反应。室温下表面被氧化形成1000皮米二氧化硅保护膜。高温时能跟所有卤素反应,生成四卤化硅,跟氧气在700℃以上时燃烧生成二氧化硅。跟氯化氢气在500℃时反应,生成三氯氢硅SiHCl3和氢气。高温下能跟某些金属(镁、钙、铁、铂等)反应,生成硅化物,如:
赤热时跟水蒸气反应生成二氧化硅和氢气。跟强碱溶液反应生成硅酸盐放出氢气。跟氢氟酸反应生成四氟化硅。用于制造合金如高硅铸铁、硅钢等,还用于制造有机硅化合物如硅酮树脂、硅油和硅橡胶等。高纯度的单晶硅是半导体材料;掺有微量杂质的单晶硅可用于制造晶体管、整流器和太阳能电池等,广泛应用于电子工业。1823年瑞典的贝采利乌斯用氟化硅或氟硅酸钾与钾共热得到粉状硅,并确定其为元素。从前叫矽(音西),因同音元素较多,我国化学界于1953年把矽改称硅。硅在自然界分布很广,在地壳中硅原子的含量为16.7%,质量百分含量为27.6%,自然界的硅由硅-28、硅-29、硅-30三种稳定同位素组成,硅是组成岩石矿物的一种基本元素,主要以石英砂或硅酸盐的形式存在。工业上用碳在电炉内还原二氧化硅制得粗硅。用氢气还原三氯氢硅或四氯化硅可制得高纯度硅。
[单晶硅]硅的单晶体。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999%,甚至达到99.9999999%以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。
[二氧化硅]化学式SiO2,式量60.08。也叫硅石,是一种坚硬难溶的固体。从地面往下16千米几乎65%为二氧化硅的矿石。天然的二氧化硅分为晶态和无定形两大类,晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。纯石英为无色晶体,大而透明的棱柱状石英为水晶。二氧化硅是硅原子跟四个氧原子形成的四面体结构的原子晶体,整个晶体可看作是一个巨大分子,SiO2是最简式,并不表示单个分子。密度2.32克/厘米3,熔点1723±5℃,沸点2230℃。无定形二氧化硅为白色固体或粉末。化学性质很稳定。不溶于水也不跟水反应。是酸性氧化物,不跟一般酸反应。气态氟化氢或氢氟酸跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅。跟热的强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐。用于制造石英玻璃、光学仪器、化学器皿、普通玻璃、耐火材料、光导纤维,陶瓷等。
[石英]矿物名。主要化学成分为SiO2,三方晶系,晶体呈六方柱状。常呈晶簇状、粒状、块状等单体或群体。颜色不一,无色透明的晶体称水晶,乳白色的称乳石英,紫色的称紫水晶,烟黄褐色的称烟晶、茶晶,黑色的称墨晶,晶体中含有白色或其它颜色放射状物的称金星石。玻璃光泽,无解理,贝壳状断口,硬度7,密度2.65-2.66克/厘米3。纯净的石英能让一定波长范围的紫外线、可见光和红外线透过。具有旋光性、压电和电致伸缩性质。石英的完整晶体产于岩石晶洞中,块状的常产于热液矿脉中,也是花岗岩、片麻岩和砂岩等各种岩石的重要组成部分。石英晶体也可以用人工方法制成。
结晶良好的晶体可用作光学仪器和压电材料;其它各种形态的石英变种可用于制造玻璃、搪瓷及研磨材料和建筑材料等。
[水晶]见石英条。
[压电石英]石英的变种之一。指能用于电子工业制造石英钟、高频振荡器、滤波器等压电石英片的纯洁石英。这种石英晶体必须无色透明,不含杂质和裂隙、并且不具双晶。
[石英玻璃]由二氧化硅组成的玻璃。这种玻璃硬度大可达莫氏七级,膨胀系数低,耐热性、化学稳定性、电绝缘性都比较好,除氢氟酸、热磷酸外,对一般酸有较好的耐酸性。透明的石英玻璃有良好的透紫外线性能和光学性能。用于制造光学仪器、电学设备、医疗设备和耐高温耐腐蚀的化学仪器。高纯石英玻璃可制光导纤维。
[四氟化硅]化学式SiF4,式量104.09。无色气体,有窒息性气味、密度4.67克/升,熔点-90.2℃,沸点-86℃。在潮湿空气中水解发烟,遇水水解,生成原硅酸H4SiO4和氢氟酸,水解生成的氢氟酸跟未水解的四氟化硅络合生成氟硅酸。能溶于硝酸和乙醇。用于化学分析,制备氟硅酸。用浓硫酸、氟化钙及二氧化硅混合加热可得本品。也是硫酸跟氟磷酸钙制磷肥的副产物。
[氟硅酸]化学式H2SiF6,式量144.12,无水氟硅酸为无色气体,化学性质不稳定,常温下易分解为四氟化硅和氟化氢。水溶液显强酸性,一般能制得60%的水溶液,酸的强度跟硫酸相当、浓溶液冷却,有无色含水氟硅酸析出。具有消毒性能,可作啤酒酿造中的消毒剂。由四氟化硅跟氟化氢直接反应制得,也可将二氧化硅溶解于氢氟酸中制得。
[硅酸]原称偏硅酸,化学式H2SiO3,式量78.10。白色无定形粉末,不溶于水。是一种二元弱酸,电离平衡常数K1=2×10-10(室温)。不溶于盐酸、硫酸,溶于氢氟酸。溶于氢氧化钾或氢氧化钠溶液,生成硅酸钾K2SiO3或硅酸钠Na2SiO3和水。熔点为150℃(分解)。加热到150℃以上时分解为二氧化硅和水,二氧化硅是硅酸酐。用做气体和蒸气的吸收剂、催化剂或做其它催化剂的载体。由于二氧化硅不跟水化合,所以硅酸主要通过硅酸盐溶液跟强酸反应制得。
[硅胶]化学式SiO2·xH2O或mSiO2·nH2O,也称氧化硅胶或硅酸凝胶。硅胶成无色透明或乳白色颗粒。通常含水分约3-7%。具有多孔结构。有较强的吸附性,吸湿量能达到40%左右。主要用于气体干燥、气体吸收、液体脱水,催化剂、催化剂载体以及用作气相色谱分析试剂、薄层色谱分析试剂、柱式色谱填料。为了表示吸水程度的大小,市场出售的变色硅胶是将硅酸凝胶用氯化钴溶液浸泡、干燥活化后制得的一种干燥剂。用硅酸钠溶液(水玻璃)跟盐酸或稀硫酸反应,经胶凝、洗涤、干燥、烘干制成。
[四氯化硅]化学式SiCl4,式量169.9,无色发烟液体。密度1.483克/厘米3(液),熔点-70℃,沸点57.57℃。在水中水解;在潮湿空气中水解,生成硅酸和氯化氢,并形成白雾。能溶于四氯化锡、四氯化碳。对皮肤有腐蚀性。高温时可被氢气还原生成硅和氯化氢。主要用于制造硅酸树脂、有机硅单体、有机硅油、高温绝缘漆、硅树酯和硅橡胶等,也用它作烟雾剂。将粗硅跟氯气反应,再经蒸馏制得。
[碳化硅]化学式SiC,俗称金刚砂。纯品为无色晶体,属原子晶体,一般因含杂质而呈暗黑色。硬度9,仅次于金刚石,密度2.317克/厘米3,熔点约2700℃(升华并开始分解)。难溶于水和酸。可用于制砂轮、磨石、砂布、研磨粉、耐火材料等。碳化硅单晶可制电子器件。将石英砂、焦炭在电炉中强热可制得。
[金刚砂]狭义指碳化硅,广义是用作磨料的金刚石、石榴石、碳化硅及刚玉的统称。
[硅烷]硅原子跟碳原子结构相似,可跟氢组成一系列硅氢化合物。硅氢化合物总称为硅烷,通式是SinH2n+2,目前已制得的有一硅烷SiH4也叫甲硅烷到六硅烷Si6H14共六种。
甲硅烷:SiH4,无色无臭气体、密度1.44克/升,熔点-185℃,沸点-111.8℃,不溶于水。
乙硅烷:Si2H6,无色无臭气体,密度2.87克/升,熔点-132.5℃,沸点-14.5℃,微水解。
其它硅烷是液体。硅烷都能溶于有机溶剂,如乙醇、苯、二硫化碳等。硅烷比烷烃化学性质活泼。所有硅烷热稳定性都很差。将高硅烷适当加热,分解为低硅烷。低硅烷(如SiH4)在温度高于500℃时分解为硅和氢气。有强还原性。在空气中能自燃,生成二氧化硅和水,并放出大量的热,可被一般氧化剂氧化,如:
SiH4+2KMnO4=2MnO2↓+K2SiO3+H2↑+H2O
室温下跟卤素发生爆炸性的反应。在强碱溶液中水解为硅酸盐和氢气。在卤化铝催化作用下,跟干燥的卤化氢反应,生成卤硅烷。用硅化镁跟盐酸反应,立即有气体放出,这种气体为硅烷的混合物,其中大部分为甲硅烷。还可用硅化镁跟溴化铵在液氨中反应制得。混合气体经液化后再分馏,得到不同硅烷。
[锗]元素符号Ge,原子序数32,原子量72.59,外围电子排布式4s24p2,原子半径122皮米,Ge4+半径53皮米,第一电离能769.12千焦/摩尔,电负性1.8,主要氧化数为+4、+2。位于第四周期ⅣA族。银白色有光泽金属,质脆,晶体锗具有金刚石结构,密度5.35克/厘米3,熔点937.4℃,沸点2830℃。室温下在空气中较稳定,在高温下能被氧化。粉状锗可在氯或溴中燃烧。不溶于水和盐酸及稀硫酸。能溶于浓硝酸、浓硫酸或王水。不溶于稀苛性碱溶液;可溶于熔融的苛性碱、硝酸盐或碳酸盐,生成锗酸盐。能跟硫化合生成硫化锗。在1000℃以上可跟氢化合。高纯度锗是半导体材料,掺有微量特定杂质的锗单晶可用于制各种晶体管、整流器及其他器件,作为温差电池材料用于制太阳能电池、光电池,用于制热敏电阻、薄膜电阻、半导体温度计、专门透过红外线的锗窗、棱镜或透镜等。锗的化合物用于制荧光板及各种高折光率玻璃。锗属于稀散元素,没有可供工业开采的矿石,在地壳中占质量的7.0×10-4,在煤、银、锡、锌、铜等矿中含有少量。近代工业生产主要以硫化锌矿、煤以及冶金废料或烟道灰尘中回收。门捷列夫于1871年曾预言其存在,十四年后德国化学家文克勒于1885年在分析硫银锗矿时发现了锗,后由硫化锗与氢共热,制出了锗。提炼锗的原理是先将硫化物矿氧化,使矿石中的硫化锗转化为二氧化锗,再用盐酸溶解并蒸馏,利用四氯化锗的挥发性将它分离出来。再将四氯化锗水解,使其转变为二氧化锗,然后在低于540℃的温度用氢气还原氧化锗
[二氧化锗]化学式GeO2,式量104.59。白色粉末不溶于水,不跟水反应。是以酸性为主的两性氧化物。可溶于浓盐酸生成四氯化锗,也可溶于强碱溶液,生成锗酸盐,如:
GeO2+2NaOH=Na2GeO3+H2O
用作半导体材料。由锗加热氧化或由四氯化锗水解制得。
[四氯化锗]化学式GeCl4,式量214.43。无色液体,能与硫酸混溶,遇水分解生成二氧化锗。密度1.879克/厘米3,熔点-49.5℃,沸点83.1℃。制半导体锗的原料。由浓盐酸溶解二氧化锗制得。
[锡]元素符号Sn,原子序数50,原子量118.7,外围电子排布5s25p2,位于第五周期ⅣA族,原子半径140皮米,Sn4+半径71皮米,第一电离能714.78千焦/摩尔,电负性1.8。锡有三种同素异形体:灰锡(α体)、白锡(β体)、脆锡(γ体),其转化温度为:
白锡是银白色金属,有延展性,密度7.31克/厘米3,熔点231.88℃,沸点2270℃。平常的白锡为金刚石晶型,可在13.2℃时极缓慢地转变成灰锡,当温度远低于零度时才有明显变化,而在-48℃时变得最快,变为灰锡时锡制品完全毁坏,毁坏先在某点开始,迅速蔓延开,故称为锡疫。灰锡为四方晶体,密度为5.75克/厘米3。白锡在161℃时转变为脆锡,脆锡为正交晶体,密度为6.52-6.56克/厘米3。锡在空气中可形成致密氧化物保护膜,阻止进一步氧化。高温时锡在空气中燃烧发白光生成二氧化锡。常温下不跟水反应,红热时跟水反应。可跟卤素和硫化合,如氯气跟熔融锡化合生无色液体四氯化锡。与稀盐酸反应慢,跟热浓盐酸反应快,生成二氯化锡和氢气。与稀硫酸难反应,跟热浓硫酸反应生成硫酸锡。
跟冷稀硝酸反应生成Sn(NO3)2:
4Sn+10HNO3(稀)=4Sn(NO3)2+NH4NO3+3H2O
跟浓硝酸反应生成白色沉淀β锡酸:
Sn+4HNO3(浓)=H2SnO3↓+4NO2↑+H2O
与强碱溶液反应生成锡酸钠并放出氢气:
Sn+2NaOH+H2O=2H2↑+Na2SnO3
锡用于制各种合金如青铜、焊锡合金、巴氏合金、铅字合金等。由于锡和锡的无机盐无毒,用于制贮存食品的镀锡容器,镀锡铁片叫马口铁,还应用电镀、陶瓷和塑料工业。锡在古代是人类最早应用于生产和生活的金属之一。在地壳中占质量的0.004%。主要的矿物是锡石SnO2。将锡石经选矿后,用碳还原制得粗锡,然后用电解法或加热重熔精制。
[一氧化锡]又名氧化亚锡,化学式SnO,式量134.7。暗灰或棕黑色粉末。在空气中稳定,加热时转化为氧化锡(二氧化锡),不溶于水和醇。溶于盐酸或稀硫酸生成亚锡盐,溶于浓的强碱溶液生成亚锡酸盐。有还原性。用作还原剂,制备亚锡盐,还用于电镀和玻璃工业。由亚锡盐溶液跟氢氧化钠溶液反应生成氢氧化亚锡Sn(OH)2,再加热分解生成氧化亚锡。
[二氧化锡]又名氧化锡,化学式SnO2,式量150.7。白色,四方、六方或正交晶体,密度为6.95克/厘米3,熔点1630℃,于1800-1900℃升华。难溶于水、醇、稀酸和碱液。缓溶于热浓强碱溶液并分解,与强碱共熔可生成锡酸盐。能溶于浓硫酸或浓盐酸。用于制锡盐、催化剂、媒染剂,配制涂料,玻璃、搪瓷工业用作抛光剂。锡在空气中灼烧或将Sn(OH)4加热分解可制得。
[氯化亚锡]化学式SnCl2,式量189.6,又名二氯化锡。白色结晶,溶于水、醇、丙酮、乙醚。熔点246℃。易水解生成Sn(OH)Cl,为防水解,先将固体SnCl2溶于浓盐酸,再加水稀释。有较强的还原性,可将汞盐还原为亚汞盐或金属汞。用作还原剂、媒染剂以及用于银、砷、钼、汞的测定。用锡跟浓盐酸或用一氧化锡跟盐酸反应可制得。
[氯化锡]又名四氯化锡,化学式SnCl4,式量260.53。无色发烟液体,呈碱性,溶于水并放出大量热,其稀水溶液因水解而产生锡酸沉淀。能与醇、二硫化碳和松节油任意混溶。对氯气的吸收量很大。密度2.23克/厘米3,熔点-33℃,沸点114℃,有腐蚀性,有毒。用于有机锡制备。有机分析中用以皂化酚和醚,由铷和钯中分离钾。其水合物为SnCl4·5H2O,白色或浅黄色固体,吸湿性强,易溶于水。用于有机合成、媒染剂、电子工业由锡跟干燥氯反应制得。
[锡酸钠]化学式Na2SnO3·3H2O,式量266.74。无色六方晶体或白色粉末。140℃失去三个结晶水。在空气中易吸收水分和二氧化碳生成氢氧化锡和碳酸钠。溶于水、不溶于醇。用作纺织品的防火剂、增重剂和媒染剂,还用于玻璃、陶瓷制造工业。由锡与氢氧化钠共熔,或由二氧化锡跟氢氧化钠溶液反应制得。
[铅]元素符号Pb,原子序数82,原子量207.2,外围电子排布6s26p2,位于第六周期ⅣA族,原子半径146皮米,Pb4+半径84皮米,第一电离能718.96千焦/摩尔,电负性1.8,主要氧化数+2、+4。银灰色有光泽的重金属,在空气中易氧化而失去光泽,变灰暗,质柔软,延性弱,展性强。密度11.34克/厘米3,熔点327.5℃,沸点1740℃。有较强的抗放射性穿透的性能。有毒。在常温下在空气中,铅表面易生成一层氧化铅或碱式碳酸铅,使铅失去光泽且防止进一步氧化。不溶于水。易和卤素、硫化合,生成PbCl4、PbI2、PbS等。熔融的铅跟空气反应生成一氧化铅,将铅在纯氧中加热可得二氧化铅。与盐酸反应放出氢气并生成微溶性的PbCl2,覆盖在铅表面,使反应中止。与热浓盐酸反应生成HPbCl3、和H2。与稀硫酸反应放出氢并生成难溶的PbSO4覆盖层,使反应中止。但易溶于热的浓硫酸生成Pb(HSO4)2并放出SO2。跟稀硝酸或浓硝酸反应都可生成硝酸铅Pb(NO3)2。在有氧存在的条件下可溶于醋酸等有机酸,生成可溶性的铅盐。跟强碱溶液缓慢的反应放出氢气生成亚铅酸盐,如:
Pb+2NaOH=Na2PbO3+H2↑
在有氧气条件下跟水反应生成难溶的Pb(OH)2。铅早在公元前三千年左右就被人类发现并应用。在地壳中质量百分比为0.0016%。主要存在于方铅矿(PbS),白铅矿(PbCO3)中。用作电缆,蓄电池、铸字合金、巴氏合金、金属结构的阴极保护层、防X射线等辐射的材料。用焦炭还原氧化铅制得。
[一氧化铅]又称黄色氧化铅,俗名黄丹或密陀僧。化学式PbO,式量223.19。有多种变体,四方晶体呈黄红色,密度为9.53克/厘米3;斜方正交晶体呈黄色,密度为8.0克/厘米3;无定形者为黄色到红黄色,密度9.2-9.5克/厘米3。熔点888℃。难溶于水和乙醇。溶于硝酸、醋酸生成相应的铅盐。溶于热的强碱溶液生成亚铅酸盐。吸收空气中二氧化碳生成碳酸铅。在空气中加热至500℃可生成四氧化三铅。加热时可被碳、氢气、一氧化碳还原成铅。与甘油混和生成坚硬的物质、可用作粘合剂。用作颜料、涂料油漆的催干剂、冶金助熔剂,还用于制特种铅玻璃、搪瓷、蓄电池电极、橡胶。用空气氧化熔融铅或加热碳酸铅、硝酸铅分解制得。
[二氧化铅]又称棕色氧化铅。化学式PbO2,式量239.19,棕色细片粉末。密度9.375克/厘米3,难溶于水和乙醇。将二氧化铅加热,它会逐步转变为铅的低氧化态氧化物并放出氧
二氧化铅系两性氧化物,酸性比碱性强。跟强碱共热生成铅酸盐。有强氧化性。跟硫酸共热生成硫酸铅、氧气和水。跟盐酸共热,生成二氯化铅、氯气和水。跟硫、磷等可燃物混和研磨引起发火。用作分析试剂、氧化剂、媒染剂、蓄电池电极,还用于制火柴、染料等。用熔融的氯酸钾或硝酸盐氧化一氧化铅,或用次氯酸钠氧化亚铅酸盐可制得二氧化铅。
[四氧化三铅]俗称红丹或铅丹,红色氧化铅。化学式Pb3O4,式量685.57。橙红色晶体或粉末,密度9.1克/厘米3,不溶于水和醇。四氧化三铅中,有2/3的铅氧化数为+2,1/3的铅氧化数为+4,化学式可写作2PbO·PbO2。根据结构应属于铅酸二价铅盐(Pb2[PbO4])。在加热至500℃以上时分解为一氧化铅和氧气。不溶于水。可溶于热碱溶液中。有氧化性,跟盐酸反应放出氯气;跟硫酸反应放出氧气。可被稀硝酸分解,其中2/3的铅被酸溶解,生成硝酸铅(Ⅱ),其它为不溶的二氧化铅。一氧化铅有碱性,溶于稀硝酸,二氧化铅呈弱碱性,稍溶于酸。有毒。用于制铅玻璃、油漆、蓄电池、陶瓷、搪瓷。还用于制钢铁涂料。将一氧化铅粉末在空气中加热至450-500℃氧化制得。
[硝酸铅]化学式Pb(NO3)2,式量331.21。无色单斜或立方晶体。密度4.53克/厘米3。溶于水,微溶于醇。在470℃时分解为一氧化铅、二氧化氮和氧气。有强氧化性,与有机物接触、摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸。有剧毒。用作氧化剂、媒染剂、照像增感剂、分析试剂、制版等。由铅跟硝酸反应制得。
[醋酸铅]亦称乙酸铅,俗称铅糖。无色晶体或白色粉末,化学式(CH3COO)2Pb·3H2O,式量379.33,密度2.55克/厘米3。75℃失去结晶水,无水物是白色粉末,密度3.25克/厘米3,熔点280℃。味甜,有毒!易溶于水和甘油,微溶于乙醇。具有醋酸气味。在空气中吸收二氧化碳后变为不溶性的碱式碳酸盐。在100℃时分解出乙酸,在200℃时完全分解。用作分析试剂、媒染剂、染发剂、医药、生物染色、有机合成,还用于制铬酸铅颜料等。由铅粒跟醋酸反应制得。
[硫化铅]化学式PbS,式量239.25,蓝色有金属光泽立方晶体或棕黑色粉末。密度7.5克/厘米3,熔点1114℃,在860℃时开始挥发,难溶于水和碱溶液。可溶于硝酸。在空气中灼烧,可生成一氧化铅和二氧化硫。自然界中主要矿石为方铅矿,是炼铅的原料。高纯度的硫化铅用作半导体。将硫化氢通入酸性硝酸铅溶液可制得。
[铬酸铅]俗名铬黄,化学式PbCrO4,式量323.18。黄色或橙黄色针状晶体或粉末,密度6.12克/厘米3,熔点844℃。难溶于水,溶于强碱溶液或硝酸。有毒。加热到熔点以上,缓慢分解放出氧气。用作分析试剂、氧化剂、黄色颜料。由铬酸钾溶液跟硝酸铅溶液反应制得。
[密陀僧]见一氧化铅条。
[黄丹]见一氧化铅条。
[红丹]见四氧化三铅条。
[铅丹]矿物名,主要成分是Pb3O4,红色粉末状块体。硬度2-3,密度4.6克/厘米3,常与方铅矿和白铅矿伴生。用于制红色颜料和铅玻璃。通常用的红丹即铅丹,大部分由人工制成。
[方铅矿]主要成分为PbS,常含银。等轴晶系,晶体形状多为立方体、有时为八面体。铅灰色,有金属光泽,立方体解理完全,硬度2-3,性脆,密度7.4-7.6克/厘米3。炼铅的主要矿石,由于常含银,又是炼银的主要矿石。
[锡石]矿物名。化学成分为SnO2,四方晶系,晶体一般为双锥状,双锥柱状,常具膝状双晶,集合体呈不规则颗粒。通常呈棕色至黑褐色,有金刚光泽。硬度6.0-7.0,密度6.8-7.0克/厘米3。是炼锡的主要原料。
[白铅矿]主要成分是PbCO3。正交晶系,晶形常呈假六方双锥形状,集合体为粒状或致密块状。白色微带浅灰。金刚光泽,硬度3.0-3.5,密度6.4-6.6克/厘米3。炼铅用矿石。
[硼]元素符号B,原子序数5,原子量10.81,外国电子排布式2s22p1,位于第二周期第ⅢA族。天然存在的硼由两种稳定的同位素硼-10(19.78%)和硼-11(80.22%)组成。硼有无定形和结晶形两种单质,无定形硼为棕黑色或黑色粉末;结晶形硼为乌黑色或银灰色有光泽,硬度与金刚石相近。共价半径82皮米,离子半径20皮米,电离势800.0千焦/摩尔,电负性2.0,主要氧化数+3。无定形硼密度2.3克/厘米3,晶形硼密度2.31克/厘米3,熔点2300℃,沸点2550℃。晶态硼已知有八种同素异形体。单质硼晶体是由B-12正二十面体的基本结构单元组成的。结晶硼属于原子晶体,因此,结晶硼的硬度大,熔点、沸点高,化学性质不够活泼。
无定形硼的化学性质比较活泼,室温时在空气中缓慢氧化,700℃以上能燃烧,生成氧化硼B2O3并放出大量的热,常温下跟氟化合生成三氟化硼BF3,加热时跟氯、溴、硫等化合,高温时还与碳、氮或氨反应,分别得到硬度很大的碳化硼B4C、氮化硼(BN);加热时跟水蒸气反应生成氢氧化硼并放出氢气。
硼和氧的亲和力很强,它能从许多金属氧化物或非金属氧化物中夺取氧,所以硼可做还原剂。硼跟某些金属化合生成金属硼化物。硼很难和氢化合。硼不跟盐酸和氢氟酸反应。但可被浓硫酸或浓硝酸氧化:
B+3HNO3=H3BO3+3NO2↑
2B+3H2SO4=2H3BO3+3SO2↑
硼跟氢氧化钠溶液反应生成偏硼酸钠并放出氢气:
2B+2NaOH+2H2O=2NaBO2+3H2↑
硼跟硅在2000℃以上时反应生成硼化硅。过氧化氢或过硫酸铵能缓慢氧化结晶硼,热浓硝酸和重铬酸钠与硫酸的混合物也能缓慢地氧化晶态硼。上述试剂跟无定形硼反应激烈。跟碱金属碳酸盐和氢氧化物混合共熔时,各种形态的硼都能被完全氧化。由于硼在高温时化性很活泼,因此被用做冶金时的除气剂,煅铁热处理时,硼能增加合金钢的高温强固性。因硼有吸收中子的特性,棒状或条状硼钠在原子反应堆中用做控制棒,由于硼有低密度、高强度和高熔点等特性,可用来制导弹和火箭的结构材料。制发动机启动装置和变压器热断电器。热电偶中也用到硼。用硼、钴、钛、镍可制成耐高温超硬质金属陶瓷。硼在自然界中丰度不大,没有游离态,主要矿物有硼砂和硼镁矿。1808年,英国戴维和法国的盖吕萨克、泰纳、用钾还原硼酸制得硼。通常将三氧化二硼及卤化硼用氢气或活泼金属还原:
将氢气和三溴化硼或三氯化硼的混合气体通过1200-1400℃的钨丝或钽丝可得到硼:
电解熔融的KBF4,可以得到更纯的硼。
[三氟化硼]化学式BF3,式量67.82。无色有刺激性气体。非极性分子。不能燃烧,溶于乙醚成暗褐色液体。在潮湿空气中易水解。沸点-99.9℃。用作有机合成的催化剂及制备硼烷的原料。用三氧化二硼和氟化钙在浓硫酸中加热制得。
[氧化硼]别名三氧化二硼,化学式B2O3,式量69.62。无色透明玻璃状固体或正交晶体。有吸湿性。溶于酸、碱溶液和乙二醇。溶于水成为硼酸。熔点450℃,沸点约1860℃。用来制硼,可做半导体的掺杂源,硅酸盐分解时的助熔剂。用硼酸加热脱水可制得本品。
[硼烷]又称硼氢化合物,这是一系列硼跟氢组成的化合物的总称。硼烷分子有两种类型:BnHn+4和BnHn+6,前者较稳定。现在已制得二十多种硼烷。其中乙硼烧B2H6、丁硼烷B4H10在室温下为气体,戊硼烷B5H9或已硼烷B6H10为液体,癸硼烷为固体。乙硼烷易溶于乙醚,其余多数溶于苯。加热时易分解成硼和氢气,多数硼烷在空气中能自燃,硼烷燃烧时放出大量的热,所以可用作火箭的高能燃料,但这类物质毒性大,在一般条件下燃烧不完全。硼烷水解时放出大量的热
B2H6+6H2O=2H3BO3↓+6H2↑
乙硼烷有强还原性,可作还原剂。它跟氢化锂反应生成更强的还原剂硼氢化锂,用于有机合成:
乙硼烷可用硼的卤化物在乙醚溶液中跟氢化铝锂LiAlH4反应制得。将乙硼烷加热到100-250℃得其它高硼烷。
[硼酸]化学式H3BO3,式量61.83。无色略带珍珠光泽的三斜晶体或白色粉末。密度1.435克/厘米3。溶于水、乙醇和甘油。更易溶于高级醇,微溶于乙醚和丙酮。水溶液呈弱酸性。它是一元弱酸Ka=6×10-10,它之所以有酸性,并不是由于它电离出氢离子,而是因为硼在p亚层上有空轨道,它加合了水电离出来的OH-(其中氧原子有弧电子对)而释放出H+离子。
硼酸在医药上用作消毒剂、收敛剂,食物的防腐剂。工业上大量地用于制搪瓷、玻璃、光纤。化学上用作分析试剂,缓冲剂,还应用于照像和电子工业。硫酸跟硼砂溶液反应可析出硼酸沉淀。
[铝]元素符号Al,原子序数13,原子量26.98,外围电子排布式3s23p1,位于第三周期第Ⅲ A族。金属半径143.1皮米,离子半径51皮米,第一电离能577.4千焦/摩尔,电负性1.5,氧化数+3。银白色有光泽金属,质轻,有良好的延展性和传热导电性,熔点660.5℃,沸点2467℃,硬度2-2.9,密度2.7克/厘米3。丰度(质量%)8.05%,在地壳中居第三位。铝是化学性质较活泼的金属。常温下在空气中金属表面发生缓慢氧化生成一薄层致密氧化物膜,阻止氧气、水继续跟铝反应,但可透过光线,这层膜对铝起保护作用,因此铝有一定抗锈蚀能力。若去掉这层氧化膜,并使铝跟汞形成铝汞齐,则很易被空气中氧气氧化,也能跟水剧烈反应放出氢气生成氢氧化铝。铝在加热时可在氧气中燃烧生成氧化铝发强白光并放出大量的热。由于铝跟氧有较强的亲合力,因此铝有强还原性,冶金工业上用做还原剂,冶炼高熔点金属如镍、铬、锰、钒等,铝粉跟上述金属氧化物粉末的混合物叫铝热剂。用铝还原金属的方法,称为铝热还原法。铝也用做炼钢中的脱氧剂。加热时铝可跟卤素、氮气、磷、硫、碳等化合。高纯铝不跟一般酸反应,只溶于王水。一般铝可溶于盐酸、稀硫酸并放出氢气。常温时在浓硫酸或浓硝酸中发生钝化,因此,可用铝容器储运这些浓酸。铝可跟热硫酸反应放出二氧化硫:
铝可溶于强碱溶液中生成偏铝酸盐并放出氢气。
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
纯铝可用于制电线、电缆。铝大量用于制合金、电器设备、建筑设备、机械、化工设备:汽车、飞机、宇航飞行器、日用器皿等。铝粉(俗称“银粉”)用于配制油漆、烟火等。铝在自然界主要以铝硅酸盐的形式存在,如长石、云母、高岭土等。铝矿石主要有铝土矿(Al2O3·nH2O)和冰晶石(Na3AlF6)。1827年德国化学家维勒把无水氯化铝跟钾放在铂坩埚里密闭加热得到粉末状铝。工业上用电解氧化铝跟冰晶石的熔融混合物制得铝。
[铝镍合金]别称雷氏合金,具有活性较高的催化性能,干燥的铝镍合金在空气中能自燃,应保存在无水乙醇中。它是一种还原或加氢反应的催化剂,多用于有机合成中。
[氧化铝]化学式Al2O3,式量101.96。矾土的主要成分。白色粉末。具有不同晶型,常见的是α-Al2O3和γ-Al2O3。自然界中的刚玉为α-Al2O3,六方紧密堆积晶体,α-Al2O3的熔点2015±15℃,密度3.965克/厘米3,硬度8.8,不溶于水、酸或碱。γ-Al2O3属立方紧密堆积晶体,不溶于水,但能溶于酸和碱,是典型的两性氧化物。
Al2O3+6H+=2Al3++3H2O
Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O
刚玉粉硬度大可用作磨料,抛光粉,高温烧结的氧化铝,称人造刚玉或人造宝石,可制机械轴承或钟表中的钻石。氧化铝也用作高温耐火材料,制耐火砖、坩埚、瓷器、人造宝石等,氧化铝也是炼铝的原料。煅烧氢氧化铝可制得γ-Al2O3。γ-Al2O3具有强吸附力和催化活性,可做吸附剂和催化剂。
[铝矾土]又称矾土或铝土矿,主要成分是氧化铝,系含有杂质的水合氧化铝,是一种土状矿物。白色或灰白色,因含铁而呈褐黄或浅红色。密度3.9-4克/厘米2,硬度1-3,不透明,质脆。极难熔化。不溶于水,能溶于硫酸、氢氧化钠溶液。主要用于炼铝,制耐火材料。
[刚玉]主要成分α-Al2O3。桶状或锥状的三方晶体。有玻璃光泽或金刚光泽。密度为3.9-4.1克/厘米3,硬度9,熔点2000±15℃。不溶于水,也不溶于酸和碱。耐高温。无色透明者称白玉,含微量三价铬的显红色称红宝石;含二价铁、三价铁或四价钛的显蓝色称蓝宝石;含少量四氧化三铁的显暗灰色、暗黑色称刚玉粉。可用做精密仪器的轴承,钟表的钻石、砂轮、抛光剂、耐火材料和电的绝缘体。色彩艳丽的可做装饰用宝石。人造红宝石单晶可制激光器的材料。除天然矿产外,可用氢氧焰熔化氢氧化铝制取。
[氢氧化铝]化学式Al(OH)3,式量78,白色无定形粉末,不溶于水和乙醇。密度2.42克/厘米3,不溶于氨水。加热至300℃时分解生成氧化铝和水。氢氧化铝是典型的两性氢氧化物,可溶于强酸生成铝盐和水,也溶于强碱溶液,生成偏铝酸盐和水,但碱性略强于酸性。跟弱酸反应时生成碱式盐或不生成盐。用于制铝盐、陶瓷、玻璃、医药,还用做吸附剂。净水剂、媒染剂、纸张填料、防水填料。用可溶性铝盐溶液跟氨水或碳酸钠溶液反应制得。
[氯化铝]化学式AlCl3,式量133.34。无色透明晶体或白色而微带浅黄色的结晶性粉末。密度2.44克/厘米3,熔点190℃(2.5大气压),在常压下177.8℃升华,沸点182.7℃。氯化铝的蒸气或溶于非极性溶剂中或处于熔融状态时,都以共价的二聚分子Al2Cl6形式存在。在空气中极易吸收水分并部分水解放出氯化氢而形成酸雾。易溶于水并强烈水解,溶液显酸性。也溶于乙醇和乙醚,同时放出大量的热。六水合氯化铝为无色斜方晶体,密度 2.398克/厘米3,100℃时分解。用做有机合成和石油工业的催化剂、染料的中间体,还用于处理润滑油,制造葸醌、丁基橡胶和烃类树脂。金属铝跟氯气反应或无水氯化氢跟熔融铝反应均可制得。
[硫酸铝]化学式Al2(SO4)3·18H2O,式量666.43,无色单斜晶体,密度1.69克/厘米3,86.5℃时失去结晶水。无水硫酸铝为白色粉末,密度2.71克/厘米3,770℃分解为氧化铝和三氧化硫。易溶于水并水解,水解产物有碱式盐和氢氧化铝的胶状沉淀。容易跟钾、钠、铵的盐结合形成矾,如硫酸铝钾KAl(SO4)3·12H2O。用作净水剂,防水剂、媒染剂,油脂澄清剂,石油除臭脱色剂,还用于鞣革、造纸、防火、医药。由氧化铝或氢氧化铝跟硫酸反应制得,也可用硫酸处理铝土矿制得。
[硫酸钾铝]又称明矾,钾明矾、钾铝矾,是含有结晶水的同晶形的硫酸钾和硫酸铝的复盐,化学式KAl(SO4)2·12H2O或K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O,式量474.39或948.72。无色立方、单斜或六方晶体,密度1.757克/厘米3,熔点92.5℃,有酸涩味,有收敛性。溶于水并水解,水溶液呈酸性,水解生成的Al(OH)3胶体、有很强的吸附性能。64.5℃失去3/4的结晶水,200℃时失去全部结晶水而生成白色粉末(烧明矾)。用作净水剂、媒染剂、造纸工业用作胶料。还用于制焙粉、药物、钾肥。由明矾石(K2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3)经煅烧、萃取、结晶制得。
[明矾]见硫酸钾铝条。
[硝酸铝]化学式Al(NO3)3·9H2O,式量375.13。无色正交晶体,熔点73.5℃。容易潮解,易溶于水和乙醇,水溶液呈酸性,溶于丙酮。有强氧化性,跟有机物混合加热时燃烧并爆炸。有毒。熔融时分解而变成Al(NO3)3·6H2O,140℃时形成碱式盐4Al2O3·3N2O5·14H2O,到200℃时变成Al2O3并放出氧气和二氧化氮。用作分析试剂、氧化剂、媒染剂。硝酸跟氢氧化铝反应制得本品。
[溴化铝]化学式AlBr3,式量266.69。有光泽的单斜无色结晶小片。密度为2.64克/厘米3,97℃时熔融成无色透明易流动液体,在260-270℃时沸腾。易潮解,在空气中发烟,能溶于二硫化碳和丙酮中。和水发生激烈反应,并放出大量的热,甚至喷溅出反应物。有腐蚀性。用作分析试剂、有机合成和异构化的催化剂。将液态溴慢慢滴注到铝屑上,反应完全后,再经蒸馏提纯制成本品。
[硫化铝]化学式Al2S3,式量150.16。纯品为白色针状晶体,通常见到的不纯物为黄灰色致密的物质。密度2.02克/厘米3熔点1100℃,硫化铝在热水中完全水解生成氢氧化铝沉淀和硫化氢。在潮湿空气中也能水解,因而有硫化氢气味。本品不能用盐溶液法制备,把铝粉跟硫华混合放入大坩埚中,用点燃的镁条把混和物点燃即可制得。
[高岭土]化学成分近似为Al4[Si4O10][OH]8。又称瓷土。纯净的为白色,通常因含杂质而显淡黄色或灰色,呈致密块状或松散块状。密度2.54-2.60克/厘米3,熔点约1785℃,干燥的易碎成粉状。潮湿的有可塑性,溶于盐酸。主要用于制造纸器、陶瓷、搪瓷、电瓷、耐火砖,也用于制明矾、硫酸铝;在造张、橡胶、塑料、油漆等工业中用做填料。
[冰晶石]主要化学成分是Na3AlF6,一种矿物,由于光泽和折光率近于冰而得名。单斜晶体呈立方形,通常为块状或粒状。纯者为无色透明,因含杂质而显淡黄、淡红或褐色,有玻璃光泽。密度2.95-3.01克/厘米3,硬度1.2-3.0。用作冶炼铝的熔剂、玻璃和搪瓷的乳白剂、农业杀虫剂,还用于制钠盐或铝盐。
[镓]元素符号Ga,原子序数31,原子量69.72,外围电子排布4s24p1,共价半径125皮米,离子半径82皮米,第一电离能578.8千焦/摩尔,电负性1.6,位于第四周期第ⅢA族。柔软的银白色金属,密度5.904克/厘米3,熔点29.9℃,沸点2403℃。受热至熔点时变为液体,再冷却至0℃而不固化,由液体转变为固体时,其体积约增大3.2%。硬度1.5-2.5。常温时镓在干燥空气中稳定,在潮湿空气中氧化,加热至500℃时着火。室温时跟水反应缓慢,跟沸水反应剧烈生成氢氧化镓放出氢气。加热时溶于无机酸或苛性碱溶液。能跟卤素、硫、磷、砷、锑等反应。主要用途是作半导体材料,制低熔点合金,制镓盐,在原子反应堆中液态镓用作载热体,制高温温度计,制高反射率的镓镜、牙科合金,作有机合成的催化剂。1875年,法国的布瓦博德朗用光谱分析从闪锌矿得到的提取物时,发现了镓。他电解Ga(OH)3的KOH溶液得到金属镓。镓在地壳中的丰度为0.0019%(质量),由铝土矿或闪锌矿中提取。
[氧化镓]化学式Ga2O3,式量187.44。白色三角形的结晶颗粒。有α型与β型之分。不溶于水。微溶于热酸或碱溶液。在氢气流中加热至红色即还原成一氧化镓。熔点1900℃(在600℃时转化为β型)。用做半导体材料、分析试剂。
[氯化镓]化学式GaCl3,式量176.08,无色或白色针状结晶。易潮解,易溶于水和乙醇,溶于氨水,微溶于石油醚。熔点77.9±0.2℃,沸点为102.3℃。共价型化合物,气态时为双聚分子。在水中强烈水解,遇潮湿空气则发烟。用作有机反应的催化剂。
[铟]元素符号In,原子序数49,原子量114.8,外围电子排布5s25p1,位于第五周期第ⅢA族,主要氧化数+1,+3,共价半径150皮米,离子半径(In3+)81皮米,第一电离能558.1千焦/摩尔,电负性1.7。银白色金属,有延展性,熔点156.61℃,沸点2080℃,硬度1.2,密度7.30克/厘米3。在常温下干燥空气中很稳定,在潮湿空气中表面生成氢氧化物的薄膜,高温时燃烧呈现鲜紫色火焰并生成黄色三氧化二铟,在较高温度时能与卤素、硫、硒、磷等直接化合。不与水反应,能溶于酸但不溶于碱。主要存在于锡石和闪锌矿中,在地壳中的丰度为2.5×10-5%(质量)。1863年德国的赖希和李希特用光谱法分析闪锌矿时发现了铟,他们用氧化铟、焦炭、纯碱共热制出不纯的金属铟。可用来制低熔点合金、轴承合金,半导体掺杂源,制砷化铟,玻璃密封合金,补牙合金等。用化学法或电解法从闪锌矿或烟灰中提取铟。
[铊]元素符号Tl,原子序数81,原子量204.4,外围电子排布6s26p1,位于第六周期第ⅢA族,主要氧化数+1,(+3),共价半径155皮米,离子半径(Tl3+)95皮米,第一电离能589.1千焦/摩尔,电负性1.8。系柔软的银白色金属,六方紧密堆积结构晶体,密度11.85克/厘米3,熔点303.5℃,沸点为1457±10℃,硬度1.2-1.3。是一种稀散元素,常与碱金属在一起,在铁、锌、铜、铝、硒和碲矿中有少量存在。在地壳中的丰度1×10-4%(质量百分数)。常温下在空气中易被氧化并使金属颜色变暗。可跟卤素反应,生成共价型卤化物。在气态时为双聚分子。不溶于水和碱溶液。溶于盐酸或稀硫酸生成一价铊盐TlCl或Tl2SO4。并放出氢气,溶于稀硝酸生成硝酸铊、一氧化氮和水,铊和铊盐有毒。1861年英国克鲁克斯对硫酸厂气灰中的物质进行光谱分析,看到新的绿色谱线,从而发现了铊。同年法国的拉迈电解三氯化铊溶液制得金属铊。主要用于制低熔合金,电子器件、光学玻璃、温度计、医药等。电解铊的盐溶液可制取金属铊。
[硝酸亚铊]化学式TlNO3,式量266.37。白色结晶,易溶于水,溶于丙酮,不溶于醇。热至450℃分解,75℃时γ型转化为β型,145℃时β型转化为α型,熔点206℃,有毒,有氧化性。用作分析试剂,定量分析共存的氯、溴、碘,还用于制光导纤维。
[三氧化二铊]化学式Tl2O3,式量456.74。棕色或暗红色粉末。有氧化性,溶于盐酸时放出氯气,溶于硫酸时放出氧气,不溶于水和碱。熔点717±5℃,有毒。用作催化剂、高纯分析试剂,配制铊标准试剂等。
[铍]元素符号Be,原子序数4,原子量9.012,核外电子排布1s22s2,位于第2周期第ⅡA族,原子半径111.3皮米,离子半径35皮米,第一电离能905千焦/摩尔,电负性1.5。钢灰色金属,密度为1.848克/厘米3,熔点1278±5℃,沸点2970℃,质坚硬,电导性5.2,氧化数+2。在空气容易形成致密氧化膜保护层,故在空气中加热到赤红时也很稳定。铍有剧毒。不溶于冷水,微溶于热水,生成氢氧化铍和氢气,灼热的铍跟水蒸气反应生成氧化铍和氢气。可以跟卤素化合生成卤化物。可溶于稀盐酸,稀硫酸和氢氧化钾溶液并放出氢气。氢氧化铍是两性氢氧化物,溶于氢氧化钠溶液生成铍酸钠Na2BeO2。铍盐多有甜味,有毒。铍对钠及液态钠钾合金有抗腐蚀性。用来制造核反应堆中的热交换器。铍还用做原子反应堆中的中子减速剂和反射层。高纯度铍是快中子的重要来源。铍透X射线能力最强,有金属玻璃之称。用来制造X光管的窗口。铍主要用来制合金如高弹性的铍青铜,制造不发火工具的铜铍镍合金,以及用于制造飞机用的含铍合金。1798年法国的沃克兰在研究绿宝石时发现了铍(希腊文原意是绿宝石,因铍最初从绿宝石中提取)。铍在自然界中含量为6ppm。最常见的铍矿有绿柱石、铍硅石、光榴石。电解熔融的氯化铍制取铍。
[镁]元素符号Mg,原子序数12,原子量24.312,外围电子排布为3s2,位于第3周期ⅡA族,原子半径160皮米,离子半径66皮米,第一电离能742千焦/摩尔,电负性1.2,氧化数为+2。银白色有金属光泽,密度1.74克/厘米3,熔点648.8℃,沸点1107℃,是轻金属之一。有延展性,硬度为2,电导性21.4。化学性质很活泼,在空气中表面慢慢被氧化,形成致密的氧化物保护膜而发暗。镁粉在空气或氧气中剧烈燃烧发出强白光,生成氧化镁和少量氮化镁Mg3N2。镁能跟大多数非金属和许多酸反应,镁能在二氧化碳中燃烧生成氧化镁,游离出碳。常温时镁不跟水反应,但镁跟沸水反应生成氢气和氢氧化镁。镁可从熔融盐中把金属还原出来,如:
镁主要用于制造轻金属合金如镁铝合金,应用于航空、汽车工业,制造球墨铸铁,制铜合金,镍合金中用做除氧剂,还用于制烟火、闪光粉、镁盐等。1808年,英国戴维用电解法发现镁,希腊文原意为希腊地名“美格尼西亚”。镁是在自然界中分布很广的元素之一,在地壳中,镁的含量为1.4%。主要的镁矿有白云石,菱镁矿等。在海水中,镁的含量仅次于钠。用电解法电解熔融氯化镁制得。
[氧化镁]化学式MgO,式量40.31,又称苦土。白色粉末,密度3.58克/厘米3,熔点2852℃,沸点3600℃,不溶于水。氧化镁是碱性氧化物,可跟水反应,生成难溶于水的氢氧化镁,跟酸反应生成镁盐,可跟酸性氧化物反应,如跟三氧化硫剧烈反应发出白光。用做耐火材料,如制镁砖、坩埚,用做颜料调制油漆和化妆品,还可用做橡胶填料、绝热材料,医药上用做抗酸药和轻泻药治疗胃酸过多和十二指肠溃疡病。煅烧碳酸镁可制得轻质氧化镁,煅烧碱性碳酸镁可制得重质氧化镁。
[氢氧化镁]化学式Mg(OH)2,式量58.32。白色无定形粉末。难溶于水,易溶于稀酸和铵盐溶液。饱和水溶液的浓度为1.9毫克/升(18℃),呈碱性。加热到350℃失去水生成氧化镁。用做分析试剂,还用于制药工业。氧化镁跟水反应可得氢氧化镁。
[氯化镁]化学式MgCl2。常见的是六水合物,它的化学式为MgCl2·6H2O,式量203.30。晶体为无色易潮解的单斜晶体,有苦咸味。密度1.569克/厘米3,熔点118℃(分解),极易溶于水和乙醇。高于170℃时生成碱式氯化镁和氯化氢。600℃时分解生成氧化镁和氯化氢。将六水合氯化镁在干燥的氯化氢气流中加热脱水可生成无水氯化镁。无水氯化镁是白色有光泽六方晶体,密度2.32克/厘米3,熔点714℃,沸点1412℃,在湿空气中潮解并发烟,在氢气的气流中白热时则升华,极易溶解于水同时剧烈放热。主要用于制金属镁,用做消毒剂、灭火剂、冰盐冷冻剂,也应用于陶瓷、纺织、造纸等工业。氯化镁溶液跟氧化镁按一定比例混合,俗称镁氧水泥,质坚硬耐磨,如加入木屑、刨花做填料可制成人造大理石、刨花板等。将氯化镁跟镁砂混合,可做炼钢炉衬里。海水及盐卤中均含氯化镁。用氧化镁或菱苦土跟盐酸反应可制得。
[过氧化镁]化学式MgO2,式量56.32。白色粉末,不溶于水。溶于酸,生成过氧化氢。用做氧化剂、漂白剂,杀菌剂。用过氧化氢跟氧化镁反应或用氯化镁溶液跟过氧化钠反应制得。
[高氯酸镁]化学式Mg(ClO4)2,式量223.23。无水高氯酸镁为白色多孔物质,密度2.6克/厘米3,易溶于水和乙醇。受热易分解。有氧化性,接触还原性物质易发生爆炸。具有极强烈的吸水性能,用水浸湿则产生热,并发出嘶嘶的声音,吸水量可达到它本身质量的60%。它是一种中性物质,因此,高氯酸镁是一种优良的气体干燥剂(适于干燥H2、O2、Cl2、HCl、NH3、CO2等),还用做氧化剂。用高氯酸跟氧化镁反应可制得本品。
[溴化镁]化学式MgBr2·6H2O,式量292.2,无色结晶或白色结晶颗粒。易潮解,味苦,易溶于水、乙醇和丙酮。无水溴化镁的密度为3.72克/厘米3,熔点700℃,六水合物在172.4℃时熔于结晶水中(165℃开始分解)。用于各种有机溴化物的制备,也用于制药工业。
[氟化镁]化学式MgF2,式量62.3,无色结晶或白色粉末。在灯光下发生紫色萤光。溶于硝酸,难溶于水和乙醇。熔点1248℃,有毒。用做光谱试剂,还应用于光学玻璃、陶瓷以及电子等工业。
[碳酸镁]化学式MgCO3·3H2O,式量135.38。无色有光泽细小针状晶体,密度3.04克/厘米3,结成小球或聚为小团,在空气中逐渐风化。热至100℃时即失水及CO2,将本品跟水一并沸腾时也能失去二氧化碳,难溶于水。用于镁盐制造、制药工业、高级玻璃制造等。用碱式碳酸镁加热至150-220℃通入干燥的二氧化碳,直到生成白色松散粉末并成恒重时,即得本品。
[碱式碳酸镁]化学式Mg(OH)2·4MgCO3·6H2O,式量503.66。白色质松体轻粉末,一般聚为易碎小团。难溶于水,不溶于乙醇,能溶于铵盐溶液。加热至700℃能变成氧化镁、水、二氧化碳。溶于稀酸放出二氧化碳。用于橡胶填料、镁盐制造、制药工业、制高级玻璃等。由氯化镁溶液跟碳酸钠溶液在60℃时反应,滤出沉淀、洗涤、在70℃以下干燥制得本品。
[醋酸镁]别名乙酸镁,化学式Mg(CH3COO)2·4H2O,式量214.48。无色单斜晶体,密度为1.454克/厘米3(无水物密度为1.42克/厘米3),易溶于水和乙醇,水溶液呈中性或弱酸性,80℃时溶于结晶水中。在潮湿空气中潮解,在浓硫酸干燥器中风化,100℃时脱水。用做分析试剂,制备乙酸钠酰镁以测定物质中钠的含量。碳酸镁跟醋酸反应,经浓缩,析出醋酸镁晶体。
[硫酸镁]化学式MgSO4,式量120。白色晶体,它有多种结晶水化物,其中MgSO4·7H2O称泻盐,MgSO4·H2O称为硫酸镁石。七水硫酸镁的式量为246.46,无色正交或单斜棱柱形晶体,密度为1.68克/厘米3。在干燥空气中风化,易溶于水,微溶于乙醇,68℃时熔于结晶水中,150℃时失去6个结晶水,生成硫酸镁石,250℃失去全部结晶水成为无水物,无水物密度为2.66克/厘米3,熔点1124℃,有苦咸味。用做分析试剂、媒染剂,还用于制革、造纸、陶瓷工业等,还可用做口服泻药。用硫酸跟氧化镁,氢氧化镁或碳酸镁反应制得。
[硝酸镁]化学式Mg(NO3)2·6H2O,式量256.41。无色单斜晶体。密度1.636克/厘米3,89℃熔于结晶水中,有潮解性,易溶于水和乙醇。加热到90℃以上即转化为碱式盐,加热至330℃分解为氧化镁、二氧化氮和氧气。跟有机物接触、摩擦或撞击,能引起燃烧或爆炸,有强氧化性。用做氧化剂、催化剂、制造烟火或镁盐。硝酸跟氧化镁或氢氧化镁反应,经浓缩、结晶可制得硝酸镁。
[氟硅酸镁]化学式MgSiF6·6H2O,式量274.51。白色结晶或粉末。易风化,溶于水,不溶于乙醇。热至120℃分解。用做防水剂、防蛀剂、混凝土加固、制陶瓷等。
[泻盐]见硫酸镁条。
[硫酸镁石]见硫酸镁条。
[白苦土]也叫苦土,主要成分是氧化镁。
[卤盐]主要成分是氯化镁。
[镁砂]又称烧结镁砂,由菱镁矿、水镁矿或以海水与石灰乳反应制得的氢氧化镁,经高温煅烧而成,水化能力强。主要用于制碱性耐火材料,或镁砖、镁铝砖,含杂质多的用于铺炼钢炉底。
[镁剂]又称镁氧混和剂,是由氯化镁、氯化铵、氨水混和制成的透明无色溶液,能跟磷酸根离子或砷酸根离子形成白色的复盐沉淀。用于磷和砷的检验。
[镁橄榄石]主要成分是Mg2SiO4或2MgO·SiO2,白色带绿色或黄色,斜方晶体,密度3.21克/厘米3,硬度6-7。是制耐火材料的原料。
[镁质水泥]由轻质氧化镁粉跟氯化镁或硫酸镁溶液调制成的胶凝材料,硬化快,强度高,一般认为硬化作用主要由于碱式氯化镁或碱式硫酸镁的形成。可掺加木屑、刨花等填料制成人造大理石或刨花板等建筑材料。
[光卤石]矿物名。化学成分KCl·MgCl2·6H2O。亦称砂金卤石。正交晶体,通常成粗粒集合体。透明或微透明。密度1.6克/厘米3,硬度1-3,性脆。味苦涩。在空气中易潮解,易溶于水。形成于富含镁和钾的盐湖中,产于沉积盐层中。经溶解、分步结晶等加工步骤,可使氯化钾同氯化镁分离。是制取钾肥的重要原料,也是提炼金属镁的重要原料。
[绿柱石]矿物名。化学成分Be3Al2[Si6O13]。六方晶系,常呈柱状晶体。玻璃光泽。质硬而脆。含铬呈鲜绿色的称纯绿宝石(祖母绿),透明蓝色的称蓝宝玉,含铯显玫瑰色的称玫瑰绿柱石。主要用于提炼铍,也用于制工艺美术品。
[钙]元素符号Ca,原子量40.08,原子序数20,外围电子排布式4s2,位于第四周期第ⅡA族,原子半径197.3皮米,离子半径99皮米,摩尔体积25.9厘米3/摩尔,主要氧化数+2,第一电离能593千焦/摩尔,电负性1.01。银白色有金属光泽金属。密度1.55克/厘米3,熔点839℃,沸点1484℃,硬度1.5,电导性20.8。化学性质活泼,在空气中表面上能形成一层氧化物或氮化物薄膜,可减缓进一步腐蚀。可跟氧化合生成氧化钙,跟氮化合生成氮化钙Ca3N2,跟氟、氯、溴、碘等化合生成相应卤化物,跟氢气在400℃催化剂作用下生成氢化钙。常温下跟水反应生成氢氧化钙并放出氢气,跟盐酸稀硫酸等反应生成盐和氢气,跟碳在高温下反应生成碳化钙CaC2。加热时几乎能还原所有金属氧化物,在熔融时也能还原许多金属氯化物。钙常用做合金的脱氧剂,冶金的还原剂,制备铬、锆、铀,铁和铁合金的脱硫、脱碳剂,氮和氩气体的分离剂,以及油类的脱水剂等。1808年英国的戴维、瑞典的贝采利鸟斯、法国的蓬丁,用汞做阴极电解汞和生石灰的混合物时得到钙汞合金,蒸去汞得到钙。钙在自然界中分布很广,都以化合态存在,占地壳原子总数的1.5%,钙在地壳中的含量仅次于氧、铝、硅、铁,居第五位,主要矿物有石灰石、大理石、石膏、磷灰石等。在动物体的骨骼和血浆中也含有钙,并参与凝血和肌肉的收缩过程。金属钙是由电解熔融氯化钙制得。
[氧化钙]化学式CaO,式量56.08。生石灰的主要成分。白色立方晶体粉末。密度 3.25-3.38克/厘米3,熔点2614℃,沸点2850℃。在空气中吸收二氧化碳生成碳酸钙。难溶于水,跟水化合生成氢氧化钙。溶于酸生成相应的钙盐,跟二氧化硅在高温下生成易熔的硅酸钙,跟焦炭在高温下反应生成电石CaC2和一氧化碳。多用于建筑工程、鞣制皮革、制造漂白粉。农业上用石灰中和土壤的酸性,使土壤胶体凝聚,增进团粒结构。还用于制糖、制电石、造纸、净化污水。将石灰石置于石灰窑中煅烧至900℃以上,可制得生石灰。
[氢氧化钙]化学式Ca(OH)2,式量74.09。俗称熟石灰或消石灰。白色粉末。密度2.24克/厘米3,580℃失水。微溶于水。具有强腐蚀性,对皮肤、毛丝都有腐蚀性。有强吸湿性。是较强的碱,溶液有涩味。吸收二氧化碳生成碳酸钙和水,跟酸中和生成盐和水。潮湿的氢氧化钙粉末吸收氯气可制成漂白粉,氢氧化钙跟盐卤中的氯化镁反应可生成氢氧化镁;跟纯碱反应可制成烧碱。氢氧化钙的澄清水溶液叫石灰水,氢氧化钙与水组成的白色悬浊液叫石灰乳,组成的膏状物叫石灰膏。氢氧化钙可用来制糖、制药、制漂白粉,从卤水中制取氢氧化镁,还可用做硬水软化剂、消毒剂、制酸剂、收敛剂。大量用做建筑材料。氧化钙跟水反应可制得氢氧化钙。
[过氧化钙]化学式CaO2,式量72.08。白色或微黄色粉末。难溶于水。溶于酸生成过氧化氢:
CaO2+2H+=Ca2++H2O2
常用作杀菌剂、防腐剂。由钙盐溶液跟过氧化钠或氧化钙与过氧化氢作用制得:
Ca2++Na2O2=2Na++CaO2
CaO+H2O2+7H2O=CaO2·8H2O
[氢化钙]化学式CaH2,式量42.096。白色粉末。离子型类盐化合物。加热时不到熔点便分解,跟水发生剧烈反应放出氢气:
CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2↑
氢化钙有强还原性。常用做强还原剂,以及在野外工作时用来制氢气。钙在氢气流中加热可制得氢化钙。
[氟化钙]化学式CaF2,式量78.08。是氟石或萤石的主要成分。无色立方晶体,天然矿石中含有杂质,略带绿色或紫色。密度3.18克/厘米3,熔点1423℃。极难溶于水。可溶于盐酸、氢氟酸、硫酸、硝酸和铵盐溶液。溶于铝盐和铁盐溶液时形成络合物。氟化钙跟浓硫酸在铅制容器中反应可制得氟化氢。氟化钙用于制氢氟酸、氟化物、陶瓷、搪瓷。冶金工业用做助熔剂,有机化学反应中用作脱水或脱氢催化剂。还可用于电子、仪表、光学仪器制造。由可溶性钙盐溶液跟氟化钠反应可制得氟化钙。
[氯化钙]化学式CaCl2,式量110.99。无水氯化钙为白色多孔状熔块或颗粒。易潮解。熔点为782℃,密度为2.15克/厘米3,沸点高于1600℃,易溶于水并放出大量的热,也溶于乙醇和丙酮。常见的是六水合氯化钙CaCl2·6H2O,无色三方晶体,易潮解,有苦咸味,密度1.71克/厘米3,29.92℃溶于结晶水。加热至30℃时失去四个分子水而成二水合物(CaCl2·2H2O),系白色多孔而有吸湿性的固体,继续加热可生成一水合物。温度高于200℃时,完全失水而成吸湿性很强的无水氯化钙。氯化钙跟氨反应生成氨合物CaCl2·8NH3。无水氯化钙用做脱水剂、干燥剂(但不能干燥氨、硫化氢和酒精),氯化钙还用做纺织物的上浆剂、净水剂、防冻剂、食物保存剂、路面整洁剂。将CaCl2·6H2O跟冰按1.44∶1混合,在实验室中用做致冷剂,可获得-54.9℃的低温。由盐酸跟碳酸钙反应制得,工业上主要由氨碱法副产物提供
[溴化钙]化学式CaBr2,式量199.89。无水溴化钙为白色粒状物或结晶,易潮解,密度3.35克/厘米3,熔点730℃微分解,沸点806-812℃。常见的为二水化物(CaBr2·2H2O)。无色或白色结晶,式量235.92。易溶于水,溶于乙醇和丙酮。久置空气中变黄,高温分解成溴和石灰。用于分析试剂,制药工业和照像工业等。
[碘化钙]化学式CaI2,式量293.89。浅黄色晶体,易潮解,密度3.956克/厘米3,熔点784℃,沸点1100℃。易溶于水,水溶液呈中性,溶于乙醇和丙酮,跟酸反应放出碘化氢。二水化物化学式为CaI2·2H2O,式量330.02。无色块状或粉末。易潮解,在空气中受热能被氧化或水解,久置因析出游离碘而呈黄色。用于分析试剂、照像和制药工业等。
[硫化钙]化学式CaS,式量72.14。无色立方晶体或浅黄色不透明物质,密度2.5克/厘米3,没有气味,能溶于水,易水解:
2CaS+2H2O=Ca(HS)2+Ca(OH)2
氢硫化钙溶于水,氢氧化钙则析出沉淀。硫化钙跟水、二氧化碳反应,生成多硫化钙CaSx放出硫化氢。跟酸反应放出硫化氢。硫化钙用于制发光漆和硫脲等,皮革工业用作脱毛剂。由硫酸钙粉末跟焦炭在高温下还原制得:
[碳化钙]化学式CaC2,式量64.10。工业品呈灰色、黄褐色或黑色块状固体。密度2.22克/厘米3,熔点447℃,沸点2300℃。跟水剧烈反应生成乙炔
CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2↑
跟氮气在加热条件下生成氰氨化钙CaCN2
碳化钙用于制造乙炔,氰氨化钙提供有机合成原料。生石灰跟焦炭在电炉中反应制得碳化钙
[磷化钙]化学式Ca3P2,式量182.19。灰色块状物,溶于酸,不溶于乙醇、醚和苯,溶点约1600℃。跟水反应放出磷化氢
Ca3P2+6H2O==3Ca(OH)2+2PH3↑
磷化钙用于制磷化氢、信号和烟火等的制造。
[碳酸钙]化学式Ca2CO3,式量100.09。无色正交晶体或白色粉末,密度2.93克/厘米3,熔点520℃。825℃分解生成氧化钙和二氧化碳。不溶于水。溶于酸放出二氧化碳,溶于饱和的二氧化碳的水溶液,生成可溶性的碳酸氢钙。纯碳酸钙用作分析试剂、基准试剂、光谱分析试剂,硅单晶切片胶,厚膜电容材料。医疗上用做抗酸药,中和胃酸,保护溃疡面,用于治疗胃酸过多病、胃和十二指肠溃疡病。碳酸钙是自然界中分布很广的一种碳酸盐,天然矿物有方解石、大理石、石灰石、白垩等。这些矿物广泛地用做建筑材料、烧制石灰和水泥等。用硝酸钙溶液跟碳酸铵溶液反应,经吸滤、洗涤沉淀可制得纯碳酸钙。
[硫酸钙]化学式CaSO4,式量136.14。白色固体或无色斜方晶体。易吸潮。密度2.61克/厘米3,熔点1450℃。带两个分子结晶水的叫石膏或生石膏CaSO4·2H2O,将石膏加热到150-170℃时,失去大部分结晶水变成熟石膏CaSO4·1/2H2O,或写为:2CaSO4·H2O,200℃以上长时间加热成为无水物。不溶于水和乙醇,溶于铵盐、硫代硫酸钠、氯化钠等溶液。无水硫酸钙或熟石膏与适量水混和时,即慢慢地凝固。用做阻滞剂、粘合剂、吸湿剂、磨光粉、纸张充填物、气体干燥剂、制石膏绷带、制工艺品。用石膏可以调节水泥凝固时间。有天然石膏矿,磷酸盐工业的副产品中含有硫酸钙,硫酸铵溶液跟氯化钙溶液反应,吸滤、洗涤沉淀,可制得纯品。
[硝酸钙]化学式Ca(NO3)2,式量164.09。无色立方晶体,密度2.504克/厘米3,熔点561℃,在空气中潮解,易溶于水。可形成一水合物和四水合物。其中Ca(NO3)2·4H2O,式量236.15,无色晶体,易潮解,溶于甲醇和丙酮。
其中α-式,密度为1.896克/厘米3,熔点42.7℃;β-式,密度为1.82克/厘米3,熔点39.7℃,于132℃分解,一水物是颗粒状物质,熔点约560℃。硝酸钙灼热时分解生成亚硝酸钙并放出氧气。有强氧化性,跟硫、磷、有机物等摩擦、撞击能引起燃烧或爆炸。用作分析试剂、制造烟火、炸药、电子管、火柴等,农业上可用做氮肥。用硝酸跟氢氧化钙或碳酸钙反应可制得本品。
[氰氨化钙]化学式CaCN2,式量80.10。又称碳氮化钙,石灰氮。无色六方晶体,熔点1300℃,当温度高于1150℃时可升华。遇潮湿空气,水解放出氨,具有电石或氨的气味,对人体有刺激性,能使粘膜肿胀,对牲畜也有毒害作用。跟水反应可生成氨和碳酸钙
CaCN2+3H2O=CaCO3+2NH3↑
氰氨化钙是一种重要的氮肥,跟水、二氧化碳反应后方能被植物吸收。一般用做基肥,适用于酸性土壤,也用来做脱叶剂或除草剂。将氮气和碳化钙在电炉中加热至1000℃生成粘结的块状氰氨化钙。
[碳氮化钙]见氰氨化钙条。
[醋酸钙]化学式(CH3COO)2Ca·H2O,式量176.2。俗名醋石,别名乙酸钙。白色针状晶体或结晶性粉末,微有乙酸气味。溶于水,微溶于乙醇。加热时醋酸钙分解为碳酸钙和丙酮。
跟硫酸等反应生成醋酸。用于制丙酮、醋酸及印染业。工业上用木醋液(木材干馏产物)跟消石灰反应,蒸干滤液,再经重结晶制得醋酸钙。用纯醋酸跟纯碳酸钙反应可制得纯醋酸钙。
[氰化钙]化学式Ca(CN)2,式量92.12。无色晶体或白色粉末。在潮湿空气中分解生成氢氧化钙放出剧毒的氰化氢。溶于水及弱酸放出氰化氢。有毒。350℃分解。用做杀虫剂、杀鼠剂,可熏灭柑桔果树上的害虫。用氢氧化钙中和氢氰酸制得。
[磷酸钙]别名磷酸三钙。化学式Ca3(PO4)2,式量310.18。白色无定形粉末。溶于稀盐酸、硝酸、磷酸、乙酸、亚硫酸,生成可溶性酸式磷酸盐,也能溶于铵盐溶液。不溶于水、乙醇和乙醚。熔点1670℃,密度3.14克/厘米3。用于制乳色玻璃、陶瓷、涂料、媒染剂、药物、肥料、家畜饲料添加剂、糖浆澄清剂、塑料稳定剂等。天然矿物叫磷灰石矿,纯品可用氰化钙和磷钠酸溶液作用或者用氢氧化钙跟磷酸作用制得。
[磷酸二氢钙]别名磷酸一钙,化学式Ca(H2PO4)2·H2O式量为252.07。白色三斜晶体。密度2.22克/厘米3,109℃失去结晶水,203℃分解。易潮解,溶于水,不溶于乙醇。用做分析试剂、塑料稳定剂,农业上用做磷肥。由磷酸钙溶于磷酸制得。
[磷酸氢钙]别名磷酸二钙,化学式CaHPO4·2H2O,式量172.09。白色三斜晶体或粉末,密度为2.3克/厘米3,109℃失去一个分子结晶水熔化。微溶于水和乙酸,不溶于乙醇。溶于稀盐酸和硝酸。用做塑料稳定剂,食品添加剂、磷肥、医药。用可溶性钙盐跟磷酸氢二钠反应制取。
[草酸钙]别名乙二酸钙,化学式(COO)2Ca·H2O,式量146.11。白色结晶性粉末。不溶于水和乙酸,溶于稀硝酸和盐酸。200℃时完全失水。用做分析试剂,在分离稀土金属时用作载体,还用于草酸盐的合成。
[钨酸钙]化学式CaWO4,式量287.93。白色结晶,不溶于水。在热盐酸或硝酸中反应生成钨酸。熔点1535℃用于照像、制钨丝。
[次氯酸钙]化学式Ca(ClO)2,式量142.98。白色晶体,密度2.35克/厘米3,不吸湿。100℃时分解。溶于水,易水解。有氧化性。它是漂白粉的有效成分。用作漂白剂、消毒剂、杀菌剂和去臭剂,军事上用于消除毒气。将氯气通入石灰乳中(次氯酸钙比氯化钙溶解度小),经过滤、干燥可得本品。
[漂白粉]由次氯酸钙、氯化钙和氢氧化钙组成的水合复盐。次氯酸钙是其有效成分(纯次氯酸钙又称漂白精)。白色粉末状物质,有氯气气味,这是因为漂白粉吸收空气中的水和二氧化碳,在光照条件下分解,放出游离氯,漂白粉即失效,反应式为
Ca(ClO)2+H2O+CO2=CaCO3+2HClO
2HClO=2HCl+O2↑
Ca(ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2↑+2H2O
漂白粉有较强的氧化性和漂白作用。通常漂白粉中的有效氯(即一定量的漂白粉跟过量酸作用放出氯气所占样品重量的百分数)约含35%。漂白粉可用于漂白棉、麻、纸浆,也是一种廉价有效的消毒剂、杀虫剂。将氯气通入消石灰中,经干燥制得。
[漂白精]见次氯酸钙条。
[漂白液]通常指次氯酸钙或次氯酸钠液。将氯气通入石灰乳或烧碱溶液中得到的混和物溶液。广泛地用于漂白织物和纸浆。
[碱石灰]又称钠石灰。是氢氧化钠和氧化钙的混和物,白色粉状或颗粒状。能吸收二氧化碳和水分。用做气体的干燥剂和二氧化碳的吸收剂。用浓氢氧化钠溶液跟氧化钙颗粒混和后。在200-250℃时干燥制得。
[电石]见碳化钙条。
[沸石]又称泡沸石。系一系列含结晶水的钠、钙、钡、锶和钾的铝硅酸盐矿物的总称。如钠沸石(Na2O·Al2O3·2SiO2)(H2O)。色浅,具有铝硅酸盐四面体网状结构。密度2.0-2.5克/厘米3,硬度3.5-5.5。有多孔性,表面积很大,有离子交换和吸附能力。用于软化硬水,作催化剂或催化剂载体。有天然沸石也有人造沸石。
[磷酸三钙]见磷酸钙条。
[磷酸二钙]见磷酸一氢钙条。
[磷酸一钙]见磷酸二氢钙条。
[醋石]见醋酸钙条。
[生石灰]见氧化钙条。工业用石灰石经石灰窑煅烧后生成的氧化钙叫生石灰。
[熟石灰]见氢氧化钙条。
[消石灰]见氢氧化钙条。
[过磷酸钙]是磷酸二氢钙跟硫酸钙的混和物,灰褐色颗粒状固体,农业上用做磷肥,其中有效成分是磷酸二氢钙。工业上用磷灰石矿粉跟浓硫酸按一定比例混合制得:
Ca3(PO4)2+2H2SO4=Ca(H2PO4)2+2CaSO4
[钠石灰]见碱石灰条。
[大理石]主要成分是碳酸钙。天然产者呈粒状或结晶形。由极细的方解石或白云石的结晶组合而成。质地较硬致密,有良好的磨光性。洁白的汉白玉也是一种大理石。主要用做建筑材料,室内装饰材料,细粉可用作橡胶,油漆的填料。
[方解石]主要成分是碳酸钙。无色有玻璃光泽的透明晶体,含杂质者呈淡黄色,玫瑰色或褐色。三方晶系。成菱面体和偏三角体,三向完全解理。密度为2.6-2.8克/厘米3,硬度3.0。用于制碳酸钙,磨成细粉可做橡胶,油漆的填充物,可用做建筑材料和硅酸盐工业的原料。
[白云石]主要成分是CaMg(CO3)2或CaCO3·MgCO3,常呈白色、黄色或灰白色。密度2.872克/厘米3,硬度3.5-4.0,熔点730-760℃并分解。质密,块状,三方晶系,有玻璃光泽,有时呈珍珠光泽,条痕为白色。难溶于水。遇冷盐酸反应缓慢,跟10%盐酸几乎不反应,跟方解石有明显的区别。用作建筑材料、耐火材料、冶金熔剂。制水泥的原料。磨成细粉,用来作橡胶制品、油漆的填料。
[白垩]主要成分是碳酸钙,白色或灰白色固体。质地松软,容易破碎。是生物有机质形成的沉积岩,由方解石质点和有孔虫、软骨动物和球菌类的方解石质碎屑组成。用作制造石灰、水泥、玻璃、陶瓷、粉笔,以及橡胶、油漆、纸张的填料等。
[石灰石]主要成分是碳酸钙,是由方解石组成的一种矿石,含有石英、白云石和粘土等杂质。因含有不同的杂质,颜色有灰白色、灰色、灰黑色、浅黄色,褐色或浅红色等,密度为2.2-2.9克/厘米3。难溶于水。易溶于含二氧化碳的水中,生成可溶性的酸式碳酸钙。溶于盐酸放出二氧化碳。煅烧时生成生石灰和二氧化碳。用做建筑材料,烧制右灰,制造水泥、玻璃、纯碱和沉淀碳酸钙等。炼铁时用做熔剂。
[石灰水]氢氧化钙的水溶液。
[石灰乳]氢氧化钙跟水组成的白色悬浊液,可用来粉刷墙壁、消毒杀菌等。
[石灰氮]见氰氨化钙条。
[萤石]主要成分是氟化钙CaF2,又称氟石。含氟的主要矿石。因有显著的萤光现象而得名。常呈立方体、八面体、菱形十二面体等不同晶体,萤石为致密的块状矿石。因含不同的杂质而呈无色、灰色、黄色、绿色、紫色等。透明,有玻璃光泽,质脆,密度3.01-3.25克/厘米3,硬度4.0。难溶于水,跟硫酸反应,放出氟化氢。萤石在冶金工业上用作助熔剂,化学工业用它制氟、氟化氢和其它氟化物,硅酸盐工业用它制乳浊玻璃和搪瓷等,无色透明的萤石可制光学仪器中的棱镜和透光镜。
[石膏]又称生石膏,主要成分是CaSO4·2H2O。常见的硫酸盐矿物。系无色、白色、灰色、淡黄色、粉红色、透明或半透明的单斜晶体。有玻璃光泽,常为块状,纤维状或片状,完全解理,质脆、密度2.32克/厘米3、硬度2.0,微溶于水。细粒致密块状的称为雪花石膏。128℃失3/2H2O,150℃脱水成熟石膏(CaSO4·H2O),加热到500℃以上成无水石膏。用于制造硫酸,水泥,熟石膏,还用作制油漆,纸张的填料,制豆腐的凝结剂。中医用它做清热药,性大寒,味辛甘,可治高烧、烦渴、肺热喘嗽和胃火牙痛等。
[熟石膏]主要成分CaSO4·H2O,白色粉状固体。由生石膏CaSO4·2H2O,在150℃时脱水生成。熟石膏跟水混和成糊状逐渐硬化并膨胀,可用来制石膏塑像、模型、粉笔及医用石膏绷带等。
[重过磷酸钙]即磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2,是用磷酸跟磷灰石(主要成分是磷酸钙)混合制得
Ca3(PO4)2+4H3PO4=3Ca(H2PO4)2
主要用作磷肥,但不能跟碱性肥料或石灰混合施用,否则会转化成难溶于水的磷酸钙。
[亚硫酸钙]化学式CaSO3·2H2O,式量156.17。白色结晶性粉末,微溶于水,易溶于二氧化硫饱和溶液,生成易溶的亚硫酸氢钙Ca(HSO3)2。在空气中易被氧化生成硫酸钙。用作分析试剂,还用于纺织工业和造纸工业。由熟石灰跟二氧化硫反应制得。
[锶]元素符号Sr,原子序数38,原子量87.62,外围电子排布式5s2,位于第五周期第ⅡA族。是一种银白色有光泽的金属质软,容易传热导电。密度2.54克/厘米3,熔点769℃,沸点1384℃。原子体积33.3厘米3/摩尔,原子半径215.1皮米,离子半径112皮米,第一电离能552千焦/摩尔,电负性1.0。硬度1.8,电导性4.2,主要氧化数±2。化学性质活泼,在空气中加热到熔点时即燃烧,呈红色火焰,生成氧化锶SrO,在加压条件下跟氧气化合生成过氧化锶SrO2。跟卤素、硫、硒等容易化合。加热时跟氮化合生成氮化锶Sr3N2。加热时跟氢化合生成氢化锶SrH2。跟盐酸、稀硫酸剧烈反应放出氢气。常温下跟水反应生成氢氧化锶和氢气。用于制造合金、光电管、照明灯。它的化合物用于制信号弹、烟火等。质量数为90的锶是一种放射性同位素,可做β射线的放射源,半衰期为25年,在医学上有一定的应用。在自然界主要以化合态存在,主要的矿石有天青石SrSO4,菱锶矿SrCO3。锶是碱土金属中丰度最小的元素。1808年英国化学家戴维电解碳酸锶时发现了金属锶。工业用电解熔融的氯化锶制取锶。
[氢氧化锶]化学式Sr(OH)2·8H2O,式量265.76。无色结晶或白色粉末。易潮解,在空气中吸收二氧化碳成碳酸盐,在干燥空气中能失去七个分子结晶水。溶于热水和酸,微溶于冷水。用于制备各种锶盐。
[硝酸锶]化学式Sr(NO3)2,式量211.63。无色晶体或白色粉末。易潮解,易溶于水,微溶于乙醇和丙酮,遇高温或与硫、磷及有机物接触、摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸。熔点570℃。用作高纯分析试剂,电子管阴极材料,烟火材料。用硝酸跟氢氧化锶反应可制得本品。
[碳酸锶]化学式SrCO3,式量147.63。白色粉末,不溶于水,微溶于含二氧化碳的水和铵盐溶液。加热至900℃分解成氧化锶和二氧化碳,溶于稀盐酸和稀硝酸并放出二氧化碳。熔点1497℃。用作电子元件材料、光谱试剂、烟火材料、制彩虹玻璃和其它锶盐的制备。
[氯化锶]化学式SrCl2·6H2O,式量266.62。白色针状晶体,味苦,在干燥空气中风化,在潮湿空气中潮解。溶于水,微溶于乙醇和丙酮。热至61.4℃失去四个分子结晶水,100℃成为一水盐,115℃溶于结晶水中,无水盐熔点873℃。用做化学试剂、制药、制锶盐。用盐酸跟氢氧化锶或碳酸锶反应制得。
[钡]元素符号Ba,原子序数56。原子量137.33,外围电子排布式6s2,位于第六周期第ⅡA族。银白色金属,略有光泽,有延展性,密度为3.51克/厘米3,熔点725℃,沸点1640℃。原子半径为217.3皮米,离子半径134皮米,第一电离能564千焦/摩尔,电负性0.9,主要氧化数+2。化学性质很活泼,在室温下钡在空气中缓慢氧化生成氧化膜阻碍进一步氧化。在空气中或氧气中燃烧呈现绿色火焰,生成过氧化钡BaO2。能跟卤素,硫等非金属化合,在120℃时吸收氢气并化合生成氢化钡BaH2。常温下跟水反应生成氢氧化钡放出氢气。跟盐酸、稀硫酸等反应生成钡盐并放出氢气。钡盐除硫酸钡外都有毒。用于生产钡镍合金、钡钙铅等合金,制钡盐,制烟火。1808年英国化学家戴维用汞做阴极、电解由重晶石制得的电解质时发现了金属钡。自然界主要含钡的矿物有重晶石和碳酸钡矿。电解熔融的氯化钡(含有氯化铵)可制得钡。
[氧化钡]化学式BaO,式量153.34。白色固体,有毒,密度5.72克/厘米3,熔点1918℃,沸点200O℃,极易从潮湿空气中吸收水蒸气。溶于水并跟水化合生成氢氧化钡,吸收二氧化碳生成碳酸钡,跟酸反应生成钡盐和水,在高温时能跟氧反应形成过氧化钡BaO2。用于玻璃工业,陶瓷工业。制造过氧化钡和钡盐,还用作脱水剂、气体干燥剂。加热碳酸钡或硝酸钡可制得本品。
[过氧化钡]化学式BaO2,式量169.34,白色或微带灰色的粉末,在空气中吸收二氧化碳生成碳酸钡放出氧气,跟酸反应生成盐和过氧化氢。跟有机物接触、摩擦或撞击,能引起燃烧或爆炸。熔点450℃。有漂白性。用于制过氧化氢、用做氧化剂、漂白剂、媒染剂等。
[氢氧化钡]化学式Ba(OH)2,式量171.36。白色无定形粉末,溶于水,微溶于乙醇。熔点408℃。有毒。碱性较强,吸收二氧化碳生成碳酸盐和水,跟酸反应生成盐。用作分析试剂,如作标准碱液,测定二氧化碳的含量等。
[氯化钡]化学武BaCl2,式量208.25。无色单斜晶体。密度3.856克/厘米3。二水合氯化钡BaCl2·2H2O为无色有光泽的单斜晶体,密度3.097克/厘米3,在113℃失去结晶水。氯化钡的熔点963℃。沸点1560℃。在空气中能吸收水分。易溶于水。微溶于盐酸,不溶于乙醇。有毒,对人的致死量为0.8克。用作分析试剂(例如硫酸盐和硒酸盐的测定)、脱水剂。用于电子、仪器、冶金等工业。还用于鞣革、颜料工业,用作杀鼠剂、润滑油填加剂,冶金工业热处理的介质等。由重晶石跟煤粉混和焙烧,生成硫化钡,再用水浸取,硫化钡水解生成Ba(HS)2,BaOH)2进入溶液,再用盐酸酸化浸出液至pH=9时经提纯得本品。
BaSO4+4C=BaS+4CO↑
BaSO4+4CO=BaS+4CO2↑
2BaS+2H2O=Ba(HS)2+Ba(OH)2
Ba(HS)+2HCl=BaCl2+2H2S↑
Ba(OH)2+2HCl=BaCl2+2H2O
[硝酸钡]化学式Ba(NO3)2,式量261.35。无色立方晶体或白色粉末、有毒、密度3.24克/厘米3,微具吸湿性,溶于水,不溶于乙醇。加热时分解放出氧气,有强氧化性,跟硫、磷、有机物接触、摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸。熔点592℃,温度再高即分解。燃烧时呈现绿色火焰。用作氧化剂、分析试剂。用于制钡盐、信号弹及焰火,还用于制陶瓷釉、医药等。由硝酸跟氢氧化钡反应制得。
[碳酸钡]化学式BaCO3,式量197.35。六角形微细晶体或白色粉末。不溶于水,密度4.43克/厘米3,熔点1740℃(8820千帕--90大气压)。1450℃分解,放出二氧化碳。微溶于含有二氧化碳的水,也溶于氯化铵或硝酸铵溶液生成络合物,溶于盐酸、硝酸放出二氧化碳。有毒。用于电子、仪表、冶金工业。配制焰火,制信号弹,陶瓷涂料,制光学玻璃的辅料。还用作杀鼠药、水澄清剂和填料。有天然碳酸钡矿,将二氧化碳通入氢氧化钡溶液,或将碳酸钠溶液跟硝酸钡溶液混合制得。
[硫酸钡]化学式BaSO4,式量233.4。白色斜方晶体。密度4.5克/厘米3,熔点1590℃,1149℃转变为单斜晶体。难溶于水。不溶于盐酸、硝酸、稀硫酸、醋酸等。溶于浓硫酸和热亚硫酸。具有强烈吸收X射线的能力。硫酸钡是唯一无毒的钡盐。跟煤粉混和煅烧,可生成硫化钡和一氧化碳。用于分析试剂、电子、仪表、冶金等工业,用作白色颜料,肠胃X射线透视造影时服用的药剂,以及橡胶、造纸、塑料的白色填料。由硫酸跟氯化钡反应制得。天然矿物叫重晶石。
[重晶石]天然产硫酸钡矿石。无色透明晶体,含有杂质时呈现白色、灰色、红色、黄色或褐色。有玻璃光泽,斜方晶体,多为板状,也有柱状,完全解理,质脆,密度4.3-4.6克/厘米3,硬度2.5-3.5,不溶于水,不溶于酸。用作白色颜料、涂料、橡胶、造纸的填料,制造各种钡化合物。石油钻井中用作泥浆的加重剂,防止井喷,还用于玻璃,陶瓷的制造。
[硫化钡]化学式BaS,式量169.4。黄色或黑红粉末。有硫化氢气味。遇水逐渐水解为硫化氢和氢氧化钡。含有微量杂质时则发磷光。有腐蚀性。用于制无砷硫化氢。加硫剂,制造钡盐、发光粉的基质。硫酸钡跟煤粉混和煅烧、分离提纯即得。
[钡白]见硫酸钡条。
[氯酸钡]化学式Ba(ClO3)2·H2O,式量322.26。无色晶体或白色粉末。溶于水,微溶于乙醇和丙酮。迅速加热或跟碳末、硫、磷、有机物混合撞击会发生爆炸。用做分析试剂、氧化剂、还用于染料工业,绿色焰火和炸药的配制。
[镭]元素符号Ra,原子序数88,原子量226.03。外围电子排布7s2,密度6.0克/厘米3,熔点700℃,沸点<1140℃,位于第七周期第ⅡA族。银白色有光泽的软金属。第一电离能509.37千焦/摩尔,电负性0.9。化学性质活泼,在空气中不稳定,易跟空气中氮气和氧气化合。跟水反应生成氢氧化镭(Ra(OH)2)并放出氢气。溶于稀酸。化学性质跟钡十分相似。镭的氯化物、溴化物、氢氧化物易溶于水,硫酸盐、碳酸盐微溶于水。已知镭有13种同位素,镭-226半衰期最长,为1622年。镭有很强的放射性,衰变时放出α和γ两种射线,并放出大量热(每克镭每小时放热586.18焦尔),裂变生成氡和氦,氡也有放射性。在镭射线照射下,水、氨、氯化氢能分解,氧气能转变成臭氧。硫化锌、硫化钙等碱土金属硫化物,在镭射线的照射激发下能发出浅绿色柔和的磷光。镭射线能破坏动物体,杀死细胞、细菌。利用镭的放射性可治疗癌症,在硫化锌,硫化钙中混入10ppm的镭盐,可制成发光涂料、发光塑料。镭盐跟铍粉的混合制剂,可作中子放射源,用于探测石油资源和岩石的组成。镭在自然界中以化合态存在,主要存在于多种矿物、土壤、矿泉水和海底淤泥中。镭在自然界中分布特别稀少,仅占地壳原子总数的一百亿亿分之八。1898年法国科学家居里夫妇从沥青铀矿中发现镭,居里夫人于1910年从沥青铀矿中制得纯净金属镭。镭的希腊原文是射线。用汞阴极和钯-铱阳极电解氯化镭溶液可得到镭汞剂,然后在氢气中进行热分解制得。
[锂]元素符号Li,原子序数3,原子量6.94,核外电子排布式1s22s1,在元素周期表中第二周期第Ⅰ主族。在常温下是银白色金属,密度0.534克/厘米3,熔点180.54℃,沸点1317℃,硬度0.6,导电性11.2(Hg=1),锂是最轻的金属。化学性质活泼,电离势520.27千焦/摩尔。电负性1.0。可与氧、氯、氮、硫等直接化合。在常温下锂跟氮化合生成氮化锂(Li3N),在500℃时跟氢化合生成稳定的氢化锂(LiH)。锂跟水剧烈反应生成氢氧化锂和氢气,跟盐酸反应生成氯化锂和氢气。1817年瑞典化学家阿尔费德逊研究锂长石时得到硫酸锂,从而发现了锂,1865年德国化学家本生等电解氯化锂制得金属锂。在自然界中,锂主要以锂辉石和锂云母及磷铝石矿的形式存在,工业上由电解熔融的氯化锂来制取锂。将质量数为6的同位素(6Li)放在原子反应堆中用中子照射,可以得到氚,氚用来进行热核反应,是制造氢弹的重要材料。在冶金工业中锂可用作脱氧剂和脱氯剂并用以制取轻质铝合金。由于锂易被氧化,它通常保存在液体石蜡中。
[氧化锂]化学式Li2O,分子量29.88,白色立方晶体,密度2.013克/厘米3,熔点>1700℃。属于碱性氧化物,跟水化合较慢。锂在空气中燃烧可生成氧化锂。
[氢氧化锂]化学式LiOH,分子量23.95。白色四方晶体,密度1.46克/厘米3,熔点450℃,沸点924℃(分解),能溶于水,20℃在水中的溶解度为12.8克,略溶于乙醇。属于中强碱。有腐蚀性,防潮,应密封保存。可用作照像显影剂,制锂盐,碱性铁镍蓄电池的制造。
[氢化锂]化学式LiH,分子量7.95。白色或浅灰色半透明晶体。见光迅速变暗。在常温或干燥空气中,较稳定。遇水迅速反应生成氢氧化锂和氢气而燃烧;遇低级醇或有机酸也能反应并放出氢气。不溶于乙醚、苯和甲苯等各种溶剂。熔点668℃。用做干燥剂,氢气发生剂,有机合成还原剂等。
[氯化锂]化学式LiCl,分子量42.44。白色晶体或粉末。易潮解,溶于水、醇、醚、丙酮、异戊醇和氢氧化钠溶液等。熔点614℃。用做气相色谱固定相,用于沸点较高的多核芳香烃的分析及烟火制造、制药工业等。
[碳酸锂]化学式Li2CO3,分子量73.88。白色单斜结晶或粉末,微溶于水,不溶于醇和丙酮。1310℃时碳酸锂分解为氧化锂和二氧化碳,碳酸锂溶于稀酸放出二氧化碳。碳酸锂可用做催化剂,制备锂盐,制造陶瓷,制药等。
[硝酸锂]化学式LiNO3,分子量68.94。无色结晶或白色结晶颗粒。易潮解,溶于水和醇。硝酸锂是强氧化剂,受热分解生成氧化锂、二氧化氮和氧气。硝酸锂常用做分析试剂,制造荧光体,溶解降温剂、制造锂盐等。
[硫酸锂]化学式Li2SO4 ·H2O,分子量192。无色单斜结晶。溶于水,不溶于醇和丙酮。加热至130℃时失去结晶水。熔点860℃(无水物)。可用做分析试剂,钙和镁的分离,医药工业等。
[氢化锂铝]化学式LiAlH4,分子量37.95。多孔的微晶性粉末。久贮能变成灰色,在干燥的室温下较稳定,在潮湿空气中易分解。易跟水或醇反应而放出氢气,氢气随即燃烧。加热至130℃时分解。溶于醚、四氢呋喃。应密封保存。用做测定羰基的试剂、还原剂以及氢化物、硅烷、硼烷等的制备等。
[硼氢化锂]化学式LiBH4,又称锂硼氢,白色或灰色结晶粉末。有吸湿性,能溶于水。在干燥空气中稳定,在潮湿空气中分解,在碱性水溶液中缓慢分解。与甲醇作用生成硼甲氧化锂和氢气。跟氯化氢反应生成氢气、乙硼烷和氯化锂。还可用做强还原剂。由硼氢化钠和氯化锂作用而制得。
[云母]云母族矿物的总称。商业上称作“千层纸”。主要成分是钾、镁、铝、锂等的铝硅酸盐。单斜晶系,晶体常呈假六方片状,集合体为鳞片状。颜色随成分而异,有白色、黑色、褐色、绿色。有玻璃光泽,硬度2-3,解理平行底轴面,极完全,薄片具有弹性。根据成分不同,云母分为白云母、黑云母、锂云母、金云母等。白云母、金云母有优良的耐热性、电气绝缘性及耐酸碱腐蚀性,是重要的电气绝缘材料。锂云母是提取锂盐的重要材料之一。
[钠]元素符号Na,原子序数11,原子量22.99,核外电子排布式为1s22s22p63s1,在元素周期表中第三周期第Ⅰ主族,属于碱金属元素。固体原子体积23.68厘米3/摩尔,原子半径0.154纳米(1.54),离子半径0.095纳米(0.95),第一电离势495.77千焦/摩尔,电负性0.9,固体密度0.971克/厘米3(20℃),熔点97.8℃,沸点883℃,硬度0.4。银白色有金属光泽、轻软,有良好延展性和传热导电性。化学性质很活泼。钠在常温缺氧条件下跟氧化合生成氧化钠,燃烧时有黄色火焰生成过氧化钠,在300℃以上跟氢气化合生成离子型氢化钠,在氯气中燃烧有黄色火焰生成氯化钠。少量钠跟硫粉混和研磨则剧烈反应生成硫化钠,钠在常温下跟水剧烈反应生成氢氧化钠和氢气,跟盐酸或稀硫酸等酸反应生成钠盐和氢气,钠有很强的还原性,可将钛、锆、铌、钽等金属从它们的熔融卤化物中还原出来。将钠投入较不活动金属盐溶液中时,钠先跟水反应生成氢氧化钠和氢气,氢氧化钠再跟盐发生复分解反应生成新碱和新盐。在自然界中,钠以化合态存在,分布广,在地壳中约含2.64%。1807年英国化学家戴维在电解熔融的碳酸钠和氢氧化钠时发现了钠。工业上一般用电解熔融的氯化钠来制取钠。钠在有机合成及某些稀有金属冶炼中用做还原剂,钠可用来制备过氧化钠、四乙基铅等。钠和钾的合金(含50-80%的钾)在常温下呈液态,可用做核反应堆的导热剂;钠蒸气的光谱,主要是黄色D线,能用做单色光源。
[氧化钠]化学式Na2O,式量61.98。白色固体,密度2.27克/厘米3,熔点920℃,1275℃升华,易潮解。氧化钠系碱性氧化物,跟水化合生成氢氧化钠。制备纯氧化钠很困难,在真空中使叠氮酸钠(NaN3)和硝酸钠反应可生成氧化钠并放出氮气,或用钠跟过氧化钠、硝酸钠、亚硝酸钠相互反应来制备:
2Na+Na2O2=2Na2O
6Na+2NaNO2=4Na2O+N2↑
5NaN3+NaNO3=3Na2O+8N2↑
[过氧化钠]化学式Na2O2,式量77.98,密度2.805克/厘米3,熔点460℃(分解)。属于离子型化合物,含O22-离子。过氧化钠的结构可表示为:
淡黄色粉末(十分纯的为白色粉末),易水解,跟水反应生成氢氧化钠和过氧化氢,过氧化氢进一步分解生成水并放出氧气,过氧化钠溶液有强氧化性,可用作氧化剂、杀菌剂、漂白剂、消毒剂。过氧化钠溶于稀硫酸生成硫酸钠和过氧化氢,过氧化钠在潮湿空气中吸收二氧化碳并放出氧气同时生成碳酸钠,过氧化钠用于潜水艇中。工业上用钠在不含二氧化碳的干燥空气流中加热到300-400℃即可制得Na2O2。
[氢化钠]化学式NaH,式量23.998。白色晶体,属于离子晶体,类盐化合物,其中氢为负一价离子。加热时不稳定,不待熔化即分解,氢化钠跟水发生水解反应生成氢氧化钠并放出氢气。氢化钠是强还原剂,如在400℃时能将四氯化钛还原为金属钛:
TiCl4+4NaH=Ti+4NaCl+2H2↑
钠在氢气流中于300-400℃时化合生成氢化钠。
[氢氧化钠]化学式NaOH,式量40。俗称烧碱、火碱、苛性钠。白色固体、密度2.13克/厘米3,熔点318.4℃,沸点1390℃,易溶于水,并放出大量热,溶解热43.47千焦/摩尔,暴露在空气中易吸收水分而潮解,其水溶液能使酚酞试液变红,便红色石蕊试纸变蓝,使甲基橙溶液变黄。苛性钠是可溶性强碱,有强腐蚀性,可跟酸中和生成盐和水,可跟酸性氧化物反应生成对应酸的盐和水,可跟某些金属盐溶液反应生成不溶性碱和盐,跟油脂发生皂化反应。苛性钠是重要的基本化工原料,利用氢氧化钠跟油脂的反应制取肥皂;在纺织、印染工业上用来清除纤维表面的油脂,电镀时用来清洗金属表面的油污,石油炼制中用来中和酸,造纸工业用来制造纸浆。工业上主要用电解饱和食盐水来制备氢氧化钠,同时得到氢气和氯气。土法用碳酸钠与石灰乳反应制取。由于氢氧化钠易潮解,同时吸收空气中的二氧化碳变成碳酸钠,故应保存在密闭容器中。
[氯化钠]化学式NaCl,即食盐。式量58.44。无色立方晶体,常见的为白色晶体粉末,密度2.165克/厘米3,熔点800.4℃,沸点1413℃,味咸。易溶于水,略有潮解性,可用于食品,调味和腌制鱼肉禽蛋蔬菜,纯NaCl可配成生理盐水,用于医疗和生理实验;是重要的化工原料,可用于制钠、氯气、氢氧化钠、盐酸、次氯酸盐、氯酸盐、漂白粉等。自然界中有固态食盐矿,大量食盐存在于海水和盐湖中。工业上主要通过蒸发海水法析出食盐晶体。
[氟化钠]化学式NaF,式量41.99。白色粉末,易溶于水,水溶液显碱性,对玻璃有腐蚀性。熔点992℃,有毒。主要应用于微量分析法测定钪、光电比色法测定磷、钢铁分析试剂,血液检验、掩蔽剂,木材防腐剂等。
[溴化钠]化学式NaBr,式量102.9。无色单斜晶体,密度3.203克/厘米3,熔点755℃,沸点1390℃。易潮解,易溶于水,微溶于乙醇和甲醇,应避光,密封保存。医药上用做神经镇静剂、分析试剂、微量分析法测定镉的含量;还用于有机合成,跟硝酸银溶液等作用制备照像用乳胶。在沸腾的碳酸钠溶液中逐渐加入溴化铁溶液呈中性时,过滤、蒸发滤液析出溴化钠晶体。
[碘化钠]化学式Nal,式量149.88。晶体为二水合碘化钠,化学式NaI·2H2O,式量185.92,无色晶体,有潮解性,易溶于水、乙醇和甘油。65℃以上失去结晶水,熔点752℃。在空气或水溶液中易被空气中的氧氧化而析出碘颜色变黑。应避光,密封保存。碘化钠用做分析试剂、微量分析法测定钯、铂和铊等。碘的助溶剂(碘化钠在水溶液中跟碘形成络合物,增大碘的溶解性),还可用作制药,照像用乳胶和制单晶的原料。
[硝酸钠]化学式NaNO3,式量84.99,俗名智利硝石。无色六角晶系菱面体结晶,密度2.25克/厘米3,在潮湿空气中潮解。熔点308℃。极易溶于水,微溶于醇。加热到380℃即分解生成亚硝酸钠和氧气。有强氧化性,与硫、磷、有机物等摩擦或撞击,能引起燃烧或爆炸。用作化学分析试剂、氧化剂、化学肥料,制焰火,制硝酸,染料合成等。
[亚硝酸钠]化学式NaNO2,式量69。细小的无色或微黄色结晶,密度2.168克/厘米3,极易溶于水,极难溶于无水乙醇。熔点271℃(约320℃分解),有毒,有潮解性。宜防潮密封保存。有强氧化性。跟硫、磷、有机物等摩擦或撞击可引起燃烧或爆炸。用做微量分析试剂、氧化剂、重氮化试剂、亚硝酸盐或亚硝基化合物的合成。大量用做防锈剂、印染、制取偶氮染料等。亚硝酸钠水溶液呈弱碱性,能从空气中吸取氧,使亚硝酸钠逐渐氧化成硝酸钠。将硝酸钠跟铅混合加热至熔融可制得亚硝酸钠。
[硫酸钠]化学式Na2SO4 ,式量142.04。无色单斜晶体。密度2.68克/厘米3,熔点884℃,241℃转为六方晶体,有潮解性、易溶于水,不溶于醇。无水硫酸钠可用做分析试剂,如氮的测定。还可用做脱水剂。硫酸钠的结晶水合物有两种:一种是七水合硫酸钠Na2SO4 ·7H2O,白色正交或四方晶体,24.4℃时失水。另一种是十水硫酸钠Na2SO4 ·10H2O,俗名芒硝,元明粉,保险粉等。无色单斜晶体、密度1.464克/厘米3,熔点32.38℃,100℃时失去结晶水变成无水硫酸钠,易溶于水,在干燥空气中易风化变成无水白色粉末。硫酸钠可用做化学分析试剂,如染料的检定,印染工业用做媒染剂,也是重要的化工原料,用来制造硫化钠、玻璃、水玻璃、瓷釉、造纸浆,医疗上用做缓泻剂和钡盐中毒的解毒剂。冬季盐池中有硫酸钠晶体析出。
[亚硫酸钠]化学式Na2SO3,式量126.04。无色或白色结晶性粉末,易溶于水,微溶于醇。亚硫酸钠结晶水合物,化学式Na2SO3·7H2O,式量252.15,无色单斜晶体,密度2.63克/厘米3,易溶于水,水溶液呈碱性。加热到150℃时失去结晶水,继续加热可熔化为硫酸钠和硫化钠的混和物。它的水溶液可以溶解硫生成硫代硫酸钠Na2S2O3。在空气中逐渐被氧化成硫酸钠。可以用做还原剂,防腐剂,制备硫代硫酸钠,光敏电阻、配制照像用的显影液。把碳酸钠溶液加热到40℃,通入二氧化硫使溶液饱和,再加入等量的碳酸钠溶液,即得亚硫酸钠溶液,密闭静置即得晶体。
[硫代硫酸钠]俗名海波或大苏打。化学式Na2S2O3·5H2O,式量248.18。无色透明,单斜晶体,密度1.729克/厘米3,在33℃以上的干燥空气里风化。易溶于水,水溶液呈弱碱性,不溶于乙醇。56℃时溶于结晶水中,100℃时失水,灼烧时分解为硫化钠及硫酸钠,跟强酸反应析出硫并放出二氧化硫。
Na2S2O3+H2SO4 =Na2SO4 +S↓+SO2↑+H2O
其水溶液可溶解溴化银或氯化银。
AgBr+2Na2S2O3=Na3[Ag(S2O3)2]+NaBr
因此,可用做照像的定影剂。海波有还原性,可用做去氯剂、媒染剂,还常用做分析试剂,如氧化-还原滴定剂。用亚硫酸钠溶液跟硫共煮后过滤、蒸发、结晶即得硫代硫酸钠晶体。
[硫化钠]化学式Na2S·9H2O,式量240.18。无色晶体,易潮解,能溶于水和乙醇。水解后溶液呈碱性,有腐蚀性,接触皮肤或角质时,能使之软化溶解并使毛发脱落。50℃时溶于结晶水中。见光变黄,在空气中能被氧化成硫代硫酸钠。在水溶液中加硫后生成多硫化钠(Na2Sx,x=2,3,4或5)。用于制备硫化染料,皮革脱毛剂,有机化学工业上用做还原剂。用硫酸钠跟碳混和煅烧,硫酸钠可被还原生成硫化钠。
[氯酸钠]化学式NaClO3,式量106.46。无色正交或三方晶系,密度2.49克/厘米3,熔点248-261℃,极易溶于水难溶于乙醇。温度高于261℃时分解生成氯化钠和氧气,是强氧化剂。用于制火柴、烟火、可做氧化剂,除草剂,还用于冶金工业。工业上用电解热浓碱性氯化钠溶液制备。
[高氯酸钠]化学式NaClO4·H2O,式量140.46。无色棱形晶体。密度2.02克/厘米3,熔点482℃,并开始分解,有潮解性,能溶于水和酒精,其饱和水溶液在143℃时沸腾。加热到50℃时失去结晶水而成无水物,具有强氧化性,和硫、磷、有机物共同研磨或撞击会发生爆炸或燃烧。可用做分析试剂、氧化剂。工业上用电解氯酸钠冷溶液后经浓缩,结晶制取。
[次氯酸钠]化学式NaClO,式量74.45。没有无水状态的次氯酸钠。次氯酸钠的水溶液是碱性无色液体,能逐渐转化成氯化钠、氯酸钠和氧气,转化的速度取决于溶液的浓度及游离碱杂质的浓度,在光照或加热条件下反应进行的特别迅速。在真空中蒸发次氯酸钠溶液时,可以析出不稳定的NaClO·5H2O,它极易转变为NaClO·H2O,后者加热到70℃时即分解并爆炸。次氯酸钠是强氧化剂,有漂白性,医疗上用做强消毒剂,可杀灭肝炎病毒,还可用于纺织品和纸浆的漂白。在-10℃以下时向50%氢氧化钠溶液和冰的混合物中通入氯气,可制成中等浓度的次氯酸钠溶液,保存在冷暗的地方。
[氰化钠]化学式NaCN,式量49.01。无色立方晶体,熔点563.7℃,沸点1496℃,易溶于水,微溶于乙醇。易潮解并产生微量氰化氢。剧毒。易水解,水溶液呈强碱性。化学分析中用它做掩蔽剂,冶金、电镀工艺中用它做络合剂,用于昆虫激素的研究。用氢氧化钠和氢氰酸中和制成。
[碳酸钠]俗名纯碱,苏打。无水碳酸钠的化学式Na2CO3,式量105.99。白色晶体。通常含有结晶水,有一水合物Na2CO3·H2O、七水合物Na2CO3·7H2O和一水合物Na2CO3·10H2O。无水物密度2.532克/厘米3,熔点851℃,易溶于水,水溶液呈碱性,能从潮湿空气中吸收水蒸气和二氧化碳生成碳酸氢钠。碳酸钠的结晶水合物在干燥空气中容易风化。碳酸钠是重要的化工原料,广泛应用于纺织、造纸、肥皂、玻璃、洗涤剂和皮革等的生产,冶金工业用它做助熔剂,还可用做硬水软化剂。
[碳酸氢钠]也叫重碳酸钠或酸式碳酸钠,俗称小苏打。化学式NaHCO3,式量84。白色单斜棱柱晶体。密度2.159克/厘米3,加热时(270℃)分解生成碳酸钠、水和二氧化碳。能溶于水,不溶于乙醇,水溶液显弱碱性。遇酸放出二氧化碳。用于制造糕点、清凉饮料、医药和喷粉灭火剂等。
[磷酸钠]又称磷酸三钠。十二水合磷酸钠的化学式是Na3PO4·12H2O,式量380.12。无色三方晶体,密度1.62克/厘米3,73.4℃时溶于结晶水中,100℃时失去结晶水。可溶于冷水,易溶于热水。在水溶液中水解生成磷酸氢二钠及氢氧化钠,故溶液呈强碱性。无水物密度2.54克/厘米3,熔点1340℃。用做软水剂、金属防锈剂、糖汁净化剂、锅炉清洁剂等。
[磷酸氢二钠]别名磷酸二钠或磷酸一氢钠,化学式Na2HPO4·12H2O,式量358.14。无色正交或单斜晶系柱状晶体。密度1.52克/厘米3,34.6℃溶于结晶水中,易溶于水不溶于醇,水溶液呈碱性。易风化,35.1℃时失去5个结晶水,100℃时失去全部结晶水。250℃分解为焦磷酸钠Na4P2O7。纯品为常用分析试剂,pH基准试剂,工业上用做木材、纺织品及纸张的防火剂,也用于配制釉药、焊药等。用20%磷酸跟饱和碳酸钠混和加热,至溶液呈弱碱性时,过滤、蒸发、结晶可制得本品。
[磷酸二氢钠]别名磷酸一钠,化学式NaH2PO4·2H2O。式量156.01,无色正交系晶体,密度1.91克/厘米3,60℃时溶于结晶水,100℃时失去结晶水,继续加热至200℃时分解成Na2H2P2O7。易溶于水,它的水溶液呈弱酸性。用于制革,处理锅炉水,制焦磷酸钠等。用50%磷酸跟碳酸钠反应至甲基橙显明显红色(pH4.2-4.6)时,除去CO2,结晶即得。
[焦磷酸钠]化学式Na4P2O7·10H2O,式量446.05。无色透明晶体,在干燥空气中易风化,易溶于水,不溶于醇,水溶液呈碱性,100℃时失去结晶水。用做分析试剂、软水剂、分散剂和乳化剂,制洗衣粉。用无水磷酸氢二钠在550-600℃灼烧可制得本品的无水盐。反应式
[四硼酸钠]化学式Na2B4O7·10H2O,式量381.37。别名硼酸钠、硼砂,无色单斜晶体,密度1.73克/厘米3,60℃失去8个结晶水,75℃溶于结晶水中,320℃失去全部结晶水。无水物密度2.367克/厘米3,熔点741℃,沸点1575℃。易溶于水,水溶呈碱性。不溶于醇或酸。可用做分析试剂、缓冲剂、防腐剂、金属助熔剂。用以制造化学玻璃、珐琅、瓷釉、人造宝石、焊药,还可用做清热解毒药物,配制照像用药液。主要由天然硼砂矿物中提取。
[硅酸钠]别名偏硅酸钠,化学式Na2SiO3,式量122,无色晶体或白色粉末,不溶于醇或酸,水溶液呈碱性,跟酸反应可析出硅酸胶状沉淀。它的透明粘稠溶液叫做“水玻璃”,可用做粘合剂、防火剂、肥皂及纸张中的填料。用石英砂和纯碱共熔制成,反应式
[亚硝酸钴钠]化学式Na3Co(NO2)6·H2O,式量412.94。黄色或橙黄色结晶粉末,易溶于水,微溶于乙醇,可水解,加入乙酸可抑制水解。是钾的微量分析试剂。用氯化钴跟亚硝酸钠反应制得。
[醋酸钠]学名乙酸钠,化学式CH3COONa·3H2O,式量136.08。无色透明晶体,密度1.45克/厘米3,58.3℃溶于结晶水,123℃时失去结晶水,无水物密度1.528克/厘米3,熔点324℃,易溶于水,水解,溶液呈弱碱性,稍溶于乙醇。用做分析试剂、媒染剂、缓冲剂、染料合成、影片洗印,肉类防腐等。用碳酸钠或氢氧化钠跟醋酸反应制取。
[钨酸钠]化学式Na2WO4·2H2O,式量329.86。无色或白色结晶粉末。在干燥空气中风化。易溶于水,水溶液呈弱碱性,不溶于醇。无水物熔点698℃。用做分析试剂、生物碱沉淀剂、织物的防水防火剂和制取金属钨及其化合物的原料。向20%NaOH溶液中加入过量的H2WO4,加热、过滤、蒸发、结晶制得本品。
[钼酸钠]化学式Na2MoO4·10H2O或Na2MoO4·2H2O,有两种结晶水合物。白色晶体,易溶于水。加热到100℃以上,可得无水钼酸钠。在酸性溶液中,有强的聚合倾向,可产生各种钼酸盐。用做化学分析试剂,也用以制颜料、医药。用氢氧化钠或碳酸钠溶液跟氧化钼反应后,过滤、浓缩、结晶即可制得。
[铀酸钠]化学式Na2UO4,式量348.01。橙黄色固体。不溶于水,溶于酸。用于制造荧光铀玻璃和陶瓷中的釉料,也用于制造其它铀化合物。
[铋酸钠]又称偏铋酸钠,化学式NaBiO3,式量279.97。黄色无定形粉末。不溶于水,在热水中水解,在酸性介质中有强氧化性。用来测定钢铁中的锰。三氧化二铋、氢氧化钠和次氯酸钠反应制得。
[苯甲酸钠]别名安息香酸钠,化学式C6H5COONa,式量144.11。白色颗粒或结晶粉末,易溶于水,微溶于醇,水溶液呈弱碱性。用做杀菌剂、防腐剂,制医药、染料,还用于植物遗传的研究。
[硫酸氢钠]化学式NaHSO4 ·H2O,式量138.07。无色晶体。有潮解性,易溶于水,水溶液呈强酸性。熔点58.54℃,315℃时分解,有腐蚀性。用做分析试剂,如矿物分析,还用做助熔剂。
[偏重亚硫酸钠]化学式Na2S2O5,式量190.1。白色结晶或粉末,有吸湿性,易溶于水和甘油,水溶液呈酸性,稍溶于乙醇。大于150℃分解。在空气中徐缓氧化成硫酸盐。用做分析试剂、防腐剂、还原剂。还用于染料合成、制药等。
[甲酸钠]化学式HCOONa·2H2O式量104.04。无色晶体,稍有甲酸气味。易溶于水和甘油,微溶于乙醇。熔点253℃(无水物),有毒。强热时分解为氢和草酸钠。用做化学分析试剂,以测定砷和磷的含量,还用作消毒剂、媒染剂等。用碳酸氢钠跟甲酸反应,使溶液保持碱性,除去Fe3+、过滤、在滤液中加入甲酸,使溶液呈弱酸性后,蒸发、结晶即得本品。
[重铬酸钠]别名红矾钠,化学式Na2Cr2O7·2H2O,式量298,浅黄红色单斜晶系针状或片状晶体,高于30℃时失去部分结晶水,84℃溶于结晶水,110℃完全转为无水物。无水物是橙红色粉末。比重为2.5,320℃熔融,有极强的吸水性,极易溶于水并形成具有酸性的橙黄色溶液。400℃时分解放出氧气。用做分析试剂、氧化剂和防腐剂等。还用于有机合成和电镀工业。将铬酸钠溶于少量水中,加硫酸后,蒸发、结晶、得到本品。
[钠汞齐]是钠和汞的合金,呈银白色,钠的含量在1%以下的汞齐为液体,含钠为1-2.5%者为面团状,含2.5%以上者为固体结晶。放置空气中,跟空气中的氧气和水反应,在表面上覆盖一层氢氧化钠薄膜。跟水反应,生成氢氧化钠放出氢气。钠汞齐比纯钠反应缓慢,用做还原剂,也用于制造氢气。将汞加热到150-200℃后加入钠,即可制得。
[苏打]见碳酸钠条。
[纯碱]见碳酸钠条。
[小苏打]见碳酸氢钠条。
[大苏打]见硫代硫酸钠条。
[海波]见硫代硫酸钠条。
[芒硝]见硫酸钠条。
[烧碱]见氢氧化钠条。
[苛性钠]见氢氧化钠条。
[硼砂]见四硼酸钠条。
[智利硝石]见硝酸钠条。
[水玻璃]见硅酸钠条。
[红矾钠]见重铬酸钠条。
[食盐]见氯化钠条。
[钾]元素符号K,原子序数19,原子量39.10,核外电子排布式1s22s22p63s23p64s1,位于第四周期第Ⅰ主族,银白色有金属光泽的金属,密度0.86克/厘米3,柔软,有延展性和导热、导电性,熔点63.65℃,沸点774℃。第一电离能为418.86千焦/摩尔,电负性0.8,化合价+1,化学性质活泼,在空气中跟氧气强烈反应生成K2O和过氧化钾K2O2,燃烧时有紫色火焰生成超氧化钾KO2,钾跟氢气在加热条件下生成氢化钾KH,钾跟卤素等非金属剧烈反应,跟水反应剧烈,生成氢气和氢氧化钾,同时燃烧,燃烧时有紫色火焰。钾同盐酸等剧烈反应,放出氢气,几乎达到爆炸程度。钾在自然界中主要以化合态存在,钾在地壳中的含量占第七位,在海水中钾元素的百分含量占第六位。1807年,英国化学家戴维在电解熔融氢氧化钾时发现了钾。工业上还用电解熔融的氯化钾或氢氧化钾来制钾,将钠蒸气通入熔融的氯化钾中,在高温下钠把钾从氯化钾中还原出来形成钠钾合金,钾的沸点比钠低,在分馏塔中把钾分离出来。反应式如下
钾在有机合成中用做还原剂。制电子管时常用钾来吸收真空管内剩余的氧气和水气。用钾来制钠钾合金,含77.2%钾和22.8%钠的合金熔点为-16.4℃,常温下为液态,有较高的热容,因此用它做核反应堆的冷却剂。
[氧化钾]化学式K2O,式量94.2。白色固体,密度2.32克/厘米3,350℃时分解。易潮解,易溶于水并跟水化合生成氢氧化钾,氧化钾是碱性氧化物。用钾还原过氧化钾或硝酸钾来制备。
2KNO3+10K=6K2O+N2↑
[过氧化钾]化学式K2O2,式量110.2。白色无定形固体。熔点490℃,高温下分解。易潮解,跟水反应生成氢氧化钾,放出氧气。溶于稀硫酸生成过氧化氢;过氧化钾能吸收二氧化碳并放出氧气。是强氧化剂。在熔融的氢氧化钾中通入氧气,即有K2O2生成,在真空中加热超氧化钾到460℃,也能制得过氧化钾。
[超氧化钾]化学式KO2,式量71.1。橙黄色晶体,熔点380℃。超氧化钾中含有超氧离子O2-,其中含有三电子键,稳定性比K2O2差,是强氧化剂。跟水剧烈反应,产生氧气和过氧化氢。
2KO2+2H2O=2KOH+O2↑+H2O2
超氧化钾跟二氧化碳反应,放出氧气。
4KO2+2CO2=2K2CO3+3O2↑
常用于急救用的呼吸面具中。钾在过量空气中燃烧可生成超氧化钾。
[氢化钾]化学式KH,式量40.1。白色固体,属于离子晶体,盐型氢化物,其中氢为H-离子。不稳定,加热不待熔化即分解,和水作用放出氢气。
KH+H2O=KOH+H2↑
钾在300-400℃的氢气流中生成氢化钾。
[氢氧化钾]化学式KOH,式量56.11。亦称苛性钾。白色固体,密度2.044克/厘米3,熔点360.4℃,沸点1320-1324℃。易潮解,极易溶于水并放出大量的热。有强腐蚀性。强碱性,可跟酸、酸性氧化物以及某些盐反应。在潮湿空气中易吸收二氧化碳、水蒸气生成碳酸钾。可用于制液体肥皂,制钾盐,也用于雕刻、电镀方面。工业上用电解氯化钾浓溶液或用碳酸钾跟石灰乳反应制取。
[氟化钾]化学式KF·2H2O,式量94.13。无色单斜结晶或白色结晶性粉末。可潮解,易溶于水,水溶液显碱性,不溶于醇。熔点41℃,能腐蚀玻璃和陶瓷,有毒。无水物熔点846℃,沸点1505℃,密度2.48克/厘米3。可用做分析试剂,如钽的微量分析。也可用做络合物的形成剂,掩蔽剂,细菌抑制剂,以及玻璃的浸蚀。在聚氯乙烯反应器中用氢氟酸跟碳酸钾反应来制备。
[氟化氢钾]化学式KHF2(或KH3F4),式量78.11。亦称酸式氟化钾,是氢氟酸的酸式盐。无色等轴晶系结晶,密度2.369克/厘米3。在干燥空气中较稳定,在潮湿空气中吸收水蒸气潮解,同时释放出氟化氢,有腐蚀性,加热到310℃即释放出氟化氢。电解熔融的氟化氢钾可得到氟。工业上用于制氟,雕刻玻璃,或用做防腐剂。用碳酸钾或氢氧化钾跟适量的氢氟酸反应,经浓缩、结晶即得。向饱和的氟化钾溶液中通入氟化氢也能制取。
[氯化钾]化学式KCl,式量74.55。无色等轴系晶体(常呈长柱状),密度1.984克/厘米3,在空气中稳定,熔点770℃,沸点1417℃。易溶于水,不溶于无水乙醇。农业上用做钾肥,但在盐碱地或对马铃薯、番薯、甜菜、烟草等忌氯农作物不宜施用,工业上常用它制钾和钾的化合物。医疗上用它防治缺钾症。分离光卤石可制得。
[溴化钾]化学式KBr,式量119.02。无色等轴有光泽晶体,密度2.756克/厘米3,熔点734℃,沸点1435℃,有潮解性,易溶于水。有咸味,见光颜色变黄,能溶于醇和甘油。用做分析试剂,制备摄影用感光乳剂,医药上用做神经镇静剂。用碳酸钾溶液跟溴化铁溶液反应,过滤、蒸浓、结晶即得。
[碘化钾]化学式KI,式量166.01。无色或白色立方晶体或粉末,密度3.13克/厘米3,熔点681℃,沸点1330℃,极易溶于水、醇、丙酮和甘油,不溶于醚。微有潮解性,久置或见光可变黄。应防潮、避光保存。碘化钾是常用的分析试剂,可用来配制照像用的感光乳剂,医药上用它防治甲状腺肿大症和祛痰药。用碳酸钾跟氢碘酸或碘化亚铁溶液反应制备。
[硫化钾]化学式K2S·5H2O,式量200.33,无色透明或浅黄色结晶。有潮解性。在空气中能逐渐氧化变质。溶于水,水溶液显碱性,溶于乙醇和甘油,不溶于醚。60℃时溶于结晶水中,无水物熔点840℃,密度1.805克/厘米3。应密封保存。多用于分析试剂,可用于脱毛剂、杀虫剂、制药工业。
[硝酸钾]化学式KNO3,式量101.10。无色晶体或白色粉末,密度2.109克/厘米3,熔点333℃,在400℃时分解成亚硝酸钾和氧气。有潮解性,易溶于水,微溶于醇。与有机物接触摩擦或撞击能引起燃烧和爆炸。常用做分析试剂、氧化剂、化学肥料。用以配制黑火药,制取钾盐。有天然产物,也可用硝酸钠和氯化钾的混合饱和溶液分步结晶、重结晶制得。
[亚硝酸钾]化学式KNO2,式量85.1,白色或浅黄色粒状结晶。有潮解性,密度1.92克/厘米3,熔点440℃,易溶于水,水溶液呈碱性。与有机物接触摩擦或撞击,能引起燃烧或爆炸。应防潮、避光,密封保存。用做分析试剂、有机合成、钢铁试剂。工业上将亚硝酸钠和碳酸钾溶液混合,利用碳酸钠的溶解度比亚硝酸钾小的特性蒸发溶液,分步结晶,即得亚硝酸钾。
[硫酸钾]化学式K2SO4 ,式量174.27。无色菱形晶体,密度2.66克/厘米3,熔点1069℃,易溶于水而不溶于乙醇。用做分析试剂、肥料、药物。可用以制钾盐,制玻璃。用硫酸跟氯化钾或氢氧化钾反应制得。
[亚硫酸钾]化学式K2SO3,式量158.25。白色晶体或粉末。易溶于水,微溶于醇。在空气中逐渐被氧化成硫酸盐,遇稀酸分解放出二氧化硫。应密封保存。可做印染工业的还原剂,照像用显影液或定影液的保护剂,羊毛、蚕丝的漂白剂,有机合成的加成剂等。将二氧化硫通入碳酸钾溶液即可制得。
[碳酸钾]化学式K2CO3,式量138.21。白色结晶粉末,密度2.428克/厘米3,熔点891℃,在潮湿空气中潮解,易溶于水,水溶液呈碱性。用做分析试剂,熔融硅酸盐和不溶性硫酸盐时的助熔剂,还可做制硬质玻璃、钾肥皂、钾化合物的原料。农业上用做钾肥。可从草木灰浸液中提取。
[碳酸氢钾]化学式KHCO3,式量100.119。无色单斜晶系晶体,密度2.17克/厘米3,在空气中稳定,能溶于水,水溶液有极弱的碱性,难溶于乙醇中。100℃时KHCO3分解生成K2CO3、H2O和CO2。用做分析试剂。向KOH的80%酒精溶液中通入CO2,可制得极纯的碳酸氢钾。
[磷酸钾]化学式K3PO4·7H2O或K3PO4·3H2O,前者式量为338.37,后者为266.31。白色结晶,有潮解性。易溶于水,水溶液呈碱性,不溶于乙醇。用做分析试剂,硬水软化剂,制造液体肥皂,用做肥料。在磷酸氢钾溶液中加入氢氧化钾溶液,结晶制得。
[磷酸氢二钾]化学式K2HPO4·3H2O,式量228.22。无色片状或针状晶体或白色颗粒。有潮解性,易溶解于水,水溶液呈弱碱性,易溶于乙醇。密度2.33克/厘米3,灼烧后生成焦磷酸钾K4P2O7。用做分析试剂、缓冲剂、制药原料。让磷酸跟碳酸钾溶液反应,再加入少量KOH至溶液使酚酞呈玫瑰红色时,蒸发结晶制得。
[磷酸二氢钾]化学式KH2PO4,式量136.09。无色柱状晶体或白色粉末。易溶于水,水溶液显弱酸性。不溶于乙醇。熔点252.6℃熔成无色透明液体,冷却后变为不透明的玻璃状物质偏磷酸钾
KH2PO4=KPO3+H2O
用做分析试剂、缓冲剂、制药原料,还用于制压电元件、电光学元件。让磷酸跟氢氧化钾或碳酸钾在溶液中反应到呈弱酸性时,蒸发、结晶制得本品。
[氯酸钾]化学式KClO3,式量122.55。无色带珠光的小片,或为六角的单斜晶系晶体。在空气中稳定,溶于水,水溶液呈中性。密度2.34克/厘米3。溶于50%乙醇。熔点356℃。加热到400℃时分解出氧气和氯化钾,是很强的氧化剂。跟硫、磷等接触摩擦或撞击发生爆炸。用做分析试剂、强氧化剂,实验室制氧气,用以制发令纸、火柴、烟火、医药、消毒剂等。氯酸钠跟氯化钾溶液混合,利用KClO3和NaCl的溶解度受温度变化的影响不同分步结晶制得。
[高氯酸钾]化学式KClO4,式量138.56。无色透明菱形晶体,密度2.52克/厘米3,溶于水,不溶于乙醇。别名过氯酸钾。在610℃左右熔融,同时分解为KCl和O2。与有机物、磷、硫等接触、摩擦或撞击,能引起燃烧和爆炸,是一种强氧化剂。用做分析试剂和氧化剂。KCl跟NaClO4溶液混合,利用KClO4比NaCl的溶解度受温度变化的影响不同,分步结晶析出KClO4。
[高锰酸钾]化学式KMnO4,式量158.03。俗名灰锰氧。黑紫色的菱形晶体,有金属光泽,密度2.7克/厘米3。溶于水,易溶于甲醇,丙酮中。遇乙醇即分解。高于240℃时分解,生成锰酸钾、氧气和二氧化锰。跟甘油、蔗糖、樟脑等混合,可引起燃烧或爆炸,是强氧化剂。用于钡、银、硫酸盐的微量分析,铁、钒、锡的测定,氧化-还原的滴定等。还用做氧化剂,消毒杀菌剂和有机物的合成等。将软锰矿跟氢氧化钾共熔得锰酸钾,再将它溶于碱性溶液中电解制得。
[锰酸钾]化学式K2MnO4,式量197.14。绿色细小菱形晶体,溶于水形成不稳定的溶液,在酸性溶液中易被空气中的氧气氧化成高锰酸钾。190℃时分解,有较强氧化性,用做氧化剂、媒染剂、消毒剂等。用熔融的氢氧化钾或碳酸钾跟二氧化锰反应制取,或用高锰酸钾饱和溶液跟氢氧化钾溶液混和共煮、结晶、制备。
[氰化钾]化学式KCN,式量65.12。无色立方晶体或白色粒状粉末。密度1.52克/厘米3,熔点634.5℃。有剧毒。易溶于水,水溶液显碱性。稍溶于乙醇,溶于甘油。易潮解,吸收空气中的水分和二氧化碳,逐渐分解放出苦杏仁气味。在空气中或者加入氧化性强的金属氧化物熔融时,氰化钾即吸收氧生成氰酸钾KCNO。氰化钾水溶液长期储存或加热至沸腾时生成甲酸钾并放出氨
KCN+2H2O=NH3↑+HCOOK
[硫氰酸钾]别名硫氰化钾,化学式KSCN,式量97.18。无色晶体,有潮解性,密度1.886克/厘米3,易溶于水并急剧降温。还易溶于酒精和丙酮。熔点173℃。加热到430℃时变蓝,冷却后重新变为无色。500℃时分解。用做分析试剂,致冷剂,还用于制医药和照像业。硫氰酸铵溶液跟氢氧化钾溶液混合共热,除氨后结晶制得本品。
[铁氰化钾]俗名赤血盐,化学式K3[Fe(CN)6],式量329.25,深红色晶体或黄色粉末,有毒。密度1.85克/厘米3,溶于水,不溶于乙醇。见光或在水溶液中都不稳定,加热时分解。在碱性介质中是强氧化剂。铁氰化钾跟稀硫酸混合加热时即分解放出剧毒的氢氰酸。和浓硫酸作用时放出一氧化碳。跟亚铁盐溶液反应时可生成蓝色沉淀。用于印染、电镀、制革工业,也用于制颜料、晒蓝图等。还用于测定锌的试剂、无机络合物的合成、影片洗印等方面。将氯气通入亚铁氰化钾溶液中可制得本品。
[亚铁氰化钾]俗名黄血盐,化学式K4[Fe(CN)6]·3H2O,式量422.41。浅黄色单斜晶体。常温下稳定。密度1.88克/厘米3,加热至100℃即失去结晶水变成白色固体。强热分解放出氮气并生成氰化钾和碳化三铁。能溶于水而不溶于乙醇和乙醚中。水溶液长期放置则逐渐分解,在日光下分解更快。亚铁氰化钾溶液跟铁的盐溶液反应生成普鲁士蓝沉淀,跟亚铁盐溶液反应生成红褐色沉淀。用于钯、银、锇、铀的点滴分析,照相用的显影剂,还可用以制颜料。亚铁氰化钾在有酸或酸性盐存在,特别在加热时,则分解放出剧毒的氢氰酸。亚铁氰化钙溶液跟碳酸钾溶液共热,浓缩结晶即得。
[硫酸铬钾]别名铬矾。化学式KCr(SO4 )2·12H2O,式量499.39。黑紫色有光泽的结晶或浅紫色颗粒或粉末。溶于水,溶液凉时为紫色。热时为绿色,不溶于醇。有毒。89℃熔于结晶水。用于分析试剂,照像制版。
[铬矾]见硫酸铬钾条。
[铬酸钾]化学式K2CrO4,式量194.20。黄色斜方晶体,密度2.732克/厘米3,熔点968.3℃。溶于水成深黄色溶液,溶液中性,不溶于酒精及乙醚中。性毒。有氧化性。水溶液中加入硫酸后溶液变成橙红色,这是由于生成了重铬酸钾的原故:
2K2CrO4+H2SO4 =K2CrO7+K2SO4 +H2O
铬酸钾加热变成红色,冷却后又重新变为黄色。用做氧化剂,媒染剂和金属防锈剂。还用于银、钡等的微量分析、鞣革、制药等。把磨细的铬铁矿跟氢氧化钾、石灰石一起煅烧后,再加入硫酸钾溶液,便可制得铬酸钾。
[重铬酸钾]化学式K2Cr2O7,式量294.18。别名红矾钾。红色单斜或三斜有光泽的晶体。密度2.676克/厘米3,熔点398℃,溶于水,水溶液显酸性,不溶于乙醇。500℃分解,生成铬酸钾和三氧化二铬。有强氧化性,是重要的氧化剂。跟有机物接触摩擦或撞击能燃烧或爆炸。在冷溶液中可以氧化硫化氢、亚硫酸、碘化氢和亚铁离子等。加热时可氧化盐酸、氢溴酸,在这些反应中重铬酸钾被还原成三价铬离子。饱和的重铬酸钾溶液和浓硫酸的混合物叫做铬酸洗液,实验室中用于洗涤化学玻璃器皿。用它做基准试剂、氧化剂、氧化还原滴定剂、微量分析中测定氯的含量,制颜料,还应用于有机合成、鞣革、电镀等。重铬酸钠跟硫酸钾或氯化钾溶液混合反应后分步结晶,可制得本品。
[过硫酸钾]别名过二硫酸钾。化学式K2S2O8,式量270.33。无色或白色细小的三菱形晶体,慢慢结晶时为大片晶体。密度2.48克/厘米3。溶于水,水溶液显酸性,不溶于乙醇。加热低于100℃时即开始放出氧气。跟某些金属盐溶液反应时,K2S2O8即分解为H2SO4 、K2SO4 及O2,这些能形成过氧化物的金属(如Mn、Ni、Co、Pb等)在有碱存在下能形成黑色过氧化物沉淀。有强氧化性。用做分析试剂、强氧化剂、塑料引发剂、影片洗印等。还可用做漂白剂、防腐剂。由电解硫酸钾的浓溶液或由过硫酸铵跟碳酸钾溶液反应制取。
[草酸钾]别名乙二酸钾。化学式K2C2O4·H2O,式量184.22。无色晶体或白色晶体粉末。在干燥空气中易风化,密度2.08克/厘米3,在160℃时失去结晶水,变为不透明物。饱和溶液有弱碱性。用做分析试剂,防止血液凝固,还用于制药工业和影片洗印等。将碳酸钾放入草酸热溶液中至溶液对酚酞显弱碱性时,结晶即可制得。
[碘酸钾]化学式KIO3,式量214.01。无色、无光泽或乳白色等轴晶体,密度3.89克/厘米3,易溶于水而不溶于乙醇,水溶液显中性。熔点560℃(部分分解),温度更高时,分解生成碘化钾和氧气。碘酸钾有强氧化性,是强氧化剂,跟有机物混合经撞击即行爆炸。用做分析试剂、基准试剂、氧化剂、氧化还原滴定剂等。由氯酸钾跟盐酸及碘反应先制成酸式碘酸钾KIO3·HIO3;再使之跟氢氧化钾溶液反应,即可制得。
[溴酸钾]化学式KBrO3,式量167。无色结晶或粉末。溶于水,微溶于乙醇。密度3.24克/厘米3。在434℃时熔融并分解为溴化钾和氧气。有强氧化性,干燥的溴酸钾能使某些有机物(如酒精、甘油等)燃烧。用做分析试剂,氧化剂等。电解溴化钾的热溶液可制得本品。
[氰化金钾]别名氰金酸钾。化学式KAu(CN)4,式量340.14。无色或微黄色晶体,易溶于水,微溶于乙醇,有毒,用于镀金。
[氯铂酸钾]化学式K2PtCl6,式量486。橙黄色晶体或粉末。微溶于水,不溶于乙醇。熔点250℃(分解)。用于分析试剂,催化剂,电镀业。
[赤血盐]见铁氰化钾条。
[黄血盐]见亚铁氰化钾条。
[硫氰化钾]见硫氰酸钾条。
[硝石]见硝酸钾条。
[苛性钾]见氢氧化钾条。
[红矾钾]见重铬酸钾条。
[过氯酸钾]见高氯酸钾条。
[过二硫酸钾]见过硫酸钾条。
[过锰酸钾]见高锰酸钾条。
[灰锰氧]见高锰酸钾条。
[山奶钾]见氰化钾条。
[乙二酸钾]见草酸钾条。
[铷]元素符号Rb,原子序数37,原子量85.47,核外电子排布式1s22s22p63s23p63d104s24p65s1,在周期表中位于第五周期ⅠA族。原子金属半径247.5皮米(Pm),离子半径147皮米,第一电离能405千焦/摩尔,电负性0.8,主要氧化数+1。银白色有金属光泽,质软,硬度为0.3,密度为1.532克/厘米3(固),1.475克/厘米3(液),熔点38.39℃,沸点688℃,电导性7.7。化学性质极活泼,在空气中很快形成氧化层而失去光泽并自燃生成深棕色的超氧化物RbO2。臭氧跟氢氧化铷反应可生成臭氧化铷,铷跟氯气或溴猛烈反应燃烧形成火焰,不跟氮气反应。铷跟水剧烈反应并发生爆炸,跟温度低于-100℃的冰也能发生剧烈的反应,生成氢气和氢氧化铷。跟氢气化合生成氢化铷。它是碱金属氢化物中最不稳定的一种,加热不待熔化即行分解,铷平时保存在煤油里。铷的蒸气在180℃时显绛红色,高于250℃时则变为橙黄色。铷有优异的光电性能,铷原子受光的照射时会激发释放出电子,利用这种特性,可把铷喷镀在银片上,制成光电管,广泛应用于电影、电视、自动控制设备中。由于铷能强烈地跟氧气化合,制造真空管时用做吸氧剂。铷汞齐用做催化剂。有些铷的化合物用于医药。1861年德国的本生和基尔霍夫,用光谱分析的方法从云母提取物中发现了铷,并根据谱线的颜色命名为铷(原意是暗红)。铷在自然界很少,而且分散,海水中含量较多,用重结晶法从海水中提取氯化铷。可用电解熔融氯化铷的方法制备铷,但有危险,工业上主要用钙或镁在700-800℃和真空条件下还原氯化铷制取铷:
铷的沸点比钙低,便于分离收集。
[铯]元素符号Cs,原子序数55,原子量132.9,外围电子层排布6s1,原子半径265.4皮米,离子半径167皮米,第一电离能371千焦/摩尔,电负性0.7,主要氧化数+1,银白色金属,质软而轻,密度1.8785克/厘米3,硬度0.2,电导性4.8。在自然界中铯是碱金属里最活泼的,能跟氧剧烈反应生成多种氧化物的混和物,在空气中常温下铷能自燃,生成红黄色晶体超氧化铯CsO2,铯不跟氮反应,可在高温下跟氢气化合生成较稳定的氢化物CsH,跟卤素能剧烈反应生成稳定的卤化物。不仅在常温下,甚至温度低到-116℃时铯跟水都可发生爆炸性的反应,生成氢氧化铯和氢气。氧化铯跟水反应时燃烧甚至爆炸,生成氢氧化铯。铯对光特别灵敏,光照射下,铯容易释放出电子,因此,铯单质主要用于制造光电管、摄谱仪、闪烁计数器、电子管、红外信号灯、以及光学自动控制仪器,还用于电子管的吸氧剂。医疗中用铯盐做药物。同位素铯-137,可用来治疗癌症。1860年德国本生和基尔霍夫在对矿泉的提取物进行光谱实验时,发现了铯,并根据谱线的颜色命名为铯(原意是天蓝)。铯在自然界分布少而分散,主要有氯化铯存在于海水或光卤石中,主要矿物有铯榴石、绿柱石等。工业上用镁或钙在700-800℃和真空条件下还原氯化铯制取铯:
加热叠氮化铯CsN3也可分解生成铯。
[钫]化学符号Fr,原子序数87,原子量223,外围电子层排布7s1,位于第七周期ⅠA族。是放射性元素,已知钫的同位素半衰期都很短,钫-223的半衰期最长仅有22分钟,其化学性质只能在痕量范围内研究,是最重最活泼的碱金属元素,盐类都是水溶性的。1939年法国佩里(女)首先从铀-235的蜕变产物中发现了钫的同位素钫-223,佩里为了纪念她的祖国,命名该元素为钫(原意法兰西)。
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