主族元素

IA族: 鹼金屬元素 (I 主族元素 )
氫是最簡單的原子, 週期系的第一個元素, 也是太陽系中含量最高的元素, 太陽能量的來源自氫聚合成氦的核反應。氫氣在地球上很少, 但化合狀態的氫卻廣泛分布, 水是氫和氧的化合物。從分類而言: 氫既未形成惰性氣體的原子核結構, 亦不如鹼金屬, 故此很多文籍將氫分開討論。然而, 氫化合物一般呈+1價, 這點與鹼金屬很相同, 故將之併合論之。

IA族元素的保存: 氫和氧混合氣體加以電激、明火或火花便猛烈爆炸, 收集時注意安全, 氫較空氣輕, 排氣收集時管口應向下, 非常密閉的容器并不能保證可以長期保存氫, 除非將之熔封在玻璃容器或以水封於玻璃容器中。全部鹼金屬必須浸於煤油或液狀石蜡中, 嚴禁暴露於空氣或接近有盛水的場所。所有上述元素為易燃物品, 銫在空氣中極易自燃, 鹼金屬燃燒時產生極濃的鹼霧獸重危害健康, 如觸及正在燃燒的金屬, 被灼的後果更為堪虞。

氫有三種同位素: 即氫(Hydrogen, 1H)、氘 (Deuterium, 讀音『刀』, 2H 或 D) 及氚 (Tritium, 讀音『川』, 3H 或 T), 皆為無色可燃氣體, 化學性質基本一致。值得一提的是: 氚是放射同位素, 發生β衰變時釋出高速電子流,其半衰期為12.43年。下圖所示為典型的氣態氚光源體 (Gaseous Tritium Light Source, GTLS), 其結構十分簡單: 將氚氣直接充入內壁塗有磷光物質(如左圖所示淺綠色)的玻璃管內, 由於氘核衰變產生β射線, 高速的電子流撞擊磷光物質而產生磷光, 這種光乃因核幅射引發, 故又稱放射性光源, 樣本的放射活度 <0.6 GBq, 由於光管被封於厚層聚甲基丙烯酯甲酯(Acrylic)中, 射線不能穿出外界環境中, 故此不失是一種安全的微弱光源體 由於技術的進步, 人類在極低溫的環境中製造了金屬氫, 及後又發現了鋰鍵, 這顯然說明氫和鋰及其他鹼金屬是較相近的。

       氫在電場激發時的輝光放電, NGE-10(B)

密封於特殊硼玻璃管的氘 (重氫)元素標本 [NGE-10(A)] 在高壓電場中因感應放電而產生紫藍至紫白色光源

 

鹼金屬已知共有六個元素, 鈁(Fr)的同位素壽命很很短(Fr-223半衰期僅22分鐘), 迄今為止, 人類對它的性質所知甚少。這族元素的金屬和水產生猛烈反應而生成強鹼性化合物, 故名鹼金屬。其中以鈉和鉀在地殼中含量很廣(Na: 2.83%, K 2.59%), 除外, 其他同族元素含量很少, 鋰、銣及銫為稀有元素, 鈁為放射性元素
鹼金屬的原子半徑是同一週期的元素中最大者, 它們外層電子構型為 ns1, 這個成鍵的s電子在金屬晶格的吸引力很弱, 以致鹼金屬的硬度及熔點皆很低, 而且原子核對該電子的引力亦少, 其化學活潑性極高, 它們在室溫的空氣中立即被氧化, 在水中猛烈反應(鋰)至爆炸的程度(銫), 隨著原子序數的增加, 其化學活潑性亦隨之增加
鹼金屬的中鋰呈銀灰色; 鉀和銣呈微灰藍的銀白色; 鈉呈銀白色略有灰白; 銫呈微金黃色

     
在空氣中受熱燃燒;  鈉、鉀、及銫金屬與水接觸時發生猛烈反應 

元素: 

氫  H 鋰  Li    Na 鉀  K    Rb 銫  Cs
拉丁文學名:  Hydrongenium Lithium  Natrium Kallium Rubidium Cesium
命名辭源(含意): hydro genes
(水的生成者)
lithos(石頭)  natrium  (蘇打=soda) kallium(草木灰=potash) rubidius(紅色) caesius(天藍色)
發現者(國家), 年代: H.Cavendish (),1766 Arfvedson 
(瑞典),1821
H.Davy(), 1807 同Na元素, 1807 Bunsen & Kirchoff(),1861  Rb元素, 1860
原子序數:  1 3 11 19 37 55
原子量: 1.00794 6.941 22.98977 39.0983 85.4678 132.9054
熔點(凱氏 K, 0K= -273 oC): 14.01 453.69 370.96 336.80 312.2  301.55 
沸點(凱氏 K, 0K= -273 oC): 20.28 1620 1156.1 1047 961 951.6
密度(克/厘米3):   0.08988 (273K) 0.534(293K)  0.971(293K) 0. 862(293K) 1.532(293K) 1.873(293K)
主要光譜線波長(nm): 656.28 670.784 589.00 766.49 780.02 852.11
己知同位素數目(個):  3 5 7 10 20 22
同位素質量範圍: 1- 3 5 - 9 20 - 26 37 - 45 79 - 95 123 - 144
地表中豐度(ppm): 大氣0.53; 
地表1520
18 22700 18400 78 2.6
海水中豐度(ppm): 主要成分 0.2 10600 380 0.12 0.0005
生物學上的角色:  生命基本元素 主要元素 主要元素

館 藏 概 要

樣本狀態:(一般採用玻璃熔封) 常態氫: 純度>99.99%, 熔封於玻璃瓶, 容積2cc

氘: 無極放電管,  D2 99.8% *
氫: 無極放電管,  H2 99.9993% #
粒狀,直徑~2.5mm, 純度99%,保護劑: 液體石蠟 純度99%,重熔錠塊,保護劑: 液體石蠟 純度>98%,雜質(Ca+Na)0.4%, 重熔錠塊,保護劑: 液體石蠟 純度: >99.9%, 重熔錠塊,保護劑: 液體石蠟 純度~99.5%,重熔錠塊,保護劑: 液體石蠟
首次收集的日期: 30/03/1986, X NSC21 13/09/1986 29/06/1986 29/06/1986 06/12/1990 26/10/1990
館藏編號: NGE-10, NGE-10(A)*
NGE-10(B) #
NGE-32 NGE-24 NGE-25 NGE-64 NGE-61

 

化合物

氫(H)的化合物大體可分為三大類型:
1)分子型: 一般是非金屬元素與氫的化合物, 由於分子間有較強的氫鍵連接, 一般具較高的穩定性, 如水(H2O)(NH3)、氯化氫(HF)以及碳氫化合物(如丁烷, C4H10)等, 此類化合物中氫為+1價(H I )
2)氫化物: 它是由負價氫離子(H -I 或 H-)與金屬陽離子構成的化合物, 這類化合物在水中很不安定, 遇酸立即分解形成氫氣: H- + H+ H2, 如二元氫化物的氫化鈉(NaH)以及氫合絡合物的硼氫化鈉(NaBH4)
2)金屬間充型氫化物: 過渡元素於高溫時和氫反應氐成的不透明, 且具金屬性質的化合物, 氫在化合物中的含量沒有一定比例, 如鋯的間充氫化氫的成分為 ZrH1.4~1.965

鹼金屬僅生成+1價化合物, 它們一般皆呈白色, 且可溶於水, 溶液是無色的。

                     

H -I     (H-)     :    硼氫化鈉 ( NaBH4 )
HI       (H+)    :    ( H2O )
2H/D D+      :     重水(氧化氘) ( D2O )

LiI       (Li+)    :    氯化鋰 ( LiCl )
NaI    (Na+)   :    氯化鈉 ( NaCl )
K      (K+)    :    氯化鉀 ( KCl )
RbI     (Rb+)  :    氯化銣 ( RbCl )
Cs    (Cs+)  :    氯化銫 ( CsCl )


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