s区元素

s区包含第1族碱金属和第2族碱土金属，它们是高电正性元素，其化学性质主要由失去外层s电子决定。

Definition

s区元素是第1族和第2族的金属，其最高能量电子占据s亚层，其特征是低电离能、强离子化合物和固定的族氧化态。

Scope

本主题涵盖第1族和第2族的描述性化学：原子和离子尺寸、电离能和反应性的趋势；特征性的+1和+2氧化态；氢化物、氧化物、过氧化物和超氧化物；其盐的溶解度和晶格能趋势；锂和铍的特殊化学性质以及对角线关系；以及金属在液氨中的溶液。它不详细涵盖s区元素的生物学作用，这部分在生物无机化学中处理。

Core questions

• 第1族和第2族元素的反应性和尺寸趋势如何？
• 为什么这些元素采用固定的+1和+2氧化态？
• 锂和铍与它们较重的同类物有何区别？
• 什么是对角线关系，它们为何产生？

Key concepts

• 碱金属和碱土金属
• 电离能和电正性
• 氧化物、过氧化物和超氧化物
• 晶格能和水合能趋势
• 对角线关系
• 氨中的溶剂化电子

Key theories

s区元素的周期性趋势

沿第1族和第2族向下，原子半径增大，电离能降低，使得较重的金属更具反应性，其化合物更具离子性；而在两族之间，第2族离子较高的电荷提高了晶格能和水合能。

首位成员的异常行为和对角线关系

小而极化的锂离子和铍离子表现出更多的共价特性，分别与镁和铝相似，对角线关系源于相似的电荷与尺寸比。

氧化物、过氧化物和氨中的金属

较重的碱金属除了形成普通氧化物外，还会形成过氧化物和超氧化物；碱金属溶解在液氨中形成蓝色溶液，其中含有溶剂化电子，这表明它们具有强大的还原能力。

Clinical relevance

s区元素提供钠和钾用于神经和体液生理，钙和镁用于结构和酶，锂用于情绪稳定药物，以及工业上用作还原剂和合金的活性金属。

History

许多s区元素最初是由汉弗莱·戴维（Humphry Davy）在19世纪早期通过熔融盐电解分离出来的，后来碱金属和碱土金属由本生（Bunsen）和基尔霍夫（Kirchhoff）通过光谱学鉴定，他们的火焰光谱工作揭示了该区的一些新成员。

Key figures

• Humphry Davy
• Robert Bunsen
• Gustav Kirchhoff

Seminal works

• greenwood1997
• weller2018
• housecroft2018

Frequently asked questions

为什么碱金属的反应性沿族向下增强？

沿第1族向下，外层电子距离原子核更远，屏蔽效应更强，因此更容易失去；电离能的降低使得较重的金属对水和氧的反应性更强。

为什么锂的行为更像镁而不是钠？

极小的锂离子具有与镁离子相似的高电荷与尺寸比，因此两者在共价性、溶解度和其盐的热稳定性方面表现出相似的趋势，这是对角线关系的一个例子。