2014年1月26日 星期日

1A族元素(二) The Group 1A Elements(Ⅱ)

化學原理啟迪439-2
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1.     鹼金屬與水激烈反應會釋放氫氣:
2M(s)2H2O(l)→2M+(aq)2OH(aq)H2(g)
2.     游離能來看鹼金屬族元素與水的的反應,鋰是最弱的還原劑。(鋰游離能最高,代表鋰提供電子的能力最弱,因此是最弱的還原劑)
3.     可是從標準還原電位差來看,鋰是最強的還原劑。(鋰的標準還原電位差最高,代表鋰陽離子接受電子還原成鋰原子所需的能量最大,既然如此,鋰應是所有鹼金屬元素中,最有能力釋出電子,並保持陽離子狀態的元素)
4.     這二個互相衝突的結論主要是因為,小顆的Li+離子與水反應釋放出來的水合能非常大。(水合能指離子與周遭水分子互相吸引的能量,Li+離子與水反應釋放的水合能大,代表Li釋出電子產生的Li+離子後,能與水形成強勁的化學鍵,因而穩定了Li+離子的狀態)
5.     因為Li+離子的電荷密度極高,所以Li+離子能夠有效地與水分子互相吸引,Li+與水互相吸引的反應程序會大量釋放能量,有利於生成Li+離子,使鋰在溶液中成為強還原劑
6.     鋰雖然是強還原劑,但鋰與水反應的速度,比鈉和鉀與水的反應速度慢。我們知道反應的平衡位置控制在熱力學因素,而反應的速率則控制在動力因素,這些因素彼此之間並沒有直接關連。
7.     鋰與水反應的速率,比鈉或鉀與水反應的速率慢,主要是因為鋰的熔點比其他元素高;反應產生的熱無法融化鋰,然而,反應產生的熱可以融化鈉和鉀。
8.     由於鹼金屬十分容易釋出電子,變為M+陽離子,所以鹼金屬能夠與非金屬反應生成離子化合物。
9.     按照常理,鹼金屬應能夠與氧反應,生成化學式為M2O的氧化物,可是事實上,鋰是鹼金屬族中唯一能夠與過量「氧氣」反應生成M2O氧化物的元素:
4Li(s)O2(g)→2Li2O(s)
10. 鈉與有限的氧反應會生成「氧化鈉Na2O」,鈉與過量的氧反應,將形成過氧化鈉sodium peroxide
2Na(s)O2(g)→Na2O2(s)
11. 過氧化鈉的鹼性氧陰離子O22,與水反應形成過氧化氫hydrogen peroxide氫氧根離子
Na2O2(s)2H2O(l)→2Na+(aq)H2O2(aq)2OH(aq)
過氧化氫強氧化劑,功能是漂白劑與消毒劑。
12. 鉀、銣、銫與氧反應產生超氧化物,化學式為MO2MO2超氧化物含有氧陰離子O2 anion。舉例來說,鉀與氧的反應如下:
K(s)O2(g)→KO2(s)
13. 超氧化物,與水或二氧化碳反應,會釋出氧氣:
2MO2(s)2H2O(l)→2M+(aq)2OH(aq)O2(g)H2O2(aq)
4MO2(s)2CO2(g)→2M2CO3(s)3O2(g)
14. 超氧化物可用來製作消防員使用的自給式呼吸器self-contained breathing apparatus,超氧化物也可用來製作實驗室的緊急供氧設備。
15. 鹼金屬與氧形成的化合物種類,摘要如下:
化學式:M2O 名稱:氧化物Oxide 範例:Li2ONa2O
化學式:M2O2 名稱:過氧化物Peroxide 範例:Na2O2
化學式:MO2 名稱:超氧化物Superoxide 範例:KO2RbO2CsO2
16. 鋰是鹼金屬族中,唯一會與氮氣反應生成氮化物nitride salt的元素,生成的氮化物含有疊氮陰離子N3
6Li(s)N2(g)→2Li3N(s)
17. 下表是鹼金屬的重要反應:
2MX2→2MX  注:X2=鹵素分子
4LiO2→2Li2O 注:在過量氧氣下進行反應
2NaO2→Na2O2
MO2→MO2 注:MKRbCs
2MS→M2S
6LiN2→2Li3N 注:只有Li能進行此反應
12MP4→4M3P
2MH2→2MH
2M2H2O→2MOHH2
2M2H+→2M+H2 注:劇烈反應。
18. 鹼金屬對生物系統正常運作十分重要,例如,神經與肌肉需要鹼金屬的協助,身體所有的細胞與液體都需要Na+K+
19. 人類血漿Na+K+的濃度是:
[Na+]0.15M 並且[K+]0.005M
20. 細胞內液體的Na+K+濃度正好相反:
[Na+]0.005M 並且[K+]0.16M
21. 因為細胞內外的濃度明顯不同,細胞需要一個選擇性通道,經由精密的機制,將Na+K+離子運送穿越細胞膜。
22. 近期有些研究注意到鋰離子Li+在內腦扮演的角色。碳酸鋰被用於治療躁鬱症患者,鋰離子明顯影響神經傳遞物質的濃度高低,神經傳導物質或鋰離子的濃度不正確時,可能造成憂鬱症或躁鬱症。

n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl Chemical Principles

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