堿金屬與氧化合可以形成多種氧化物,普通氧化物M2O,過氧化物M2O2,超氧化物MO2和臭氧化物MO3。堿金屬在過量的空氣中燃燒時(shí),生成不同類型的氧化物:如鋰生成氧化鋰Li2O,鈉生成過氧化鈉,而鉀、銣、銫則生成超氧化物KO2、RbO2、CsO2。堿土金屬一般生成普通氧化物MO,鈣、鍶、鋇還可以形成過氧化物MO2和超氧化物MO4。
在空氣中燃燒時(shí),只有鋰生成氧化鋰(白色固體)。盡管在缺氧的空氣中可以制得除鋰以外的其它堿金屬普通氧化物,但這種條件不易控制,所以其它堿金屬的氧化物M2O必須采用間接方法來制備。例如,用金屬鈉還原過氧化鈉,用金屬鉀還原硝酸鉀分別可以制得氧化鈉(白色固體)和氧化鉀(淡黃色固體):
Na2O2+2Na=2Na2O
2KNO3+10K=6K2O+N2
Rb2O為亮黃色,Cs2O為橙紅色,氧化物的顏色依次加深。
氧化物M2O與水化合而生成氫氧化物MOH:
M2O+H2O=2MOH
與水反應(yīng)的程度,從Li2O到Cs2O依次加強(qiáng)。Li2O與水反應(yīng)很慢,但Rb2O和Cs2O與水反應(yīng)時(shí)會(huì)發(fā)生燃燒甚至爆炸。
堿土金屬在室溫或加熱下,能與氧氣直接化合而生成氧化物MO,MO也可以從它們的碳酸鹽或硝酸鹽加熱分解制得,例如:
CaCO3=(加熱)CaO+CO2↑
2Sr(NO3)2=(高溫)2SrO+4NO2↑+O2↑
氧化鈣與水反應(yīng)而生成熟石灰并放出大量的熱,熟石灰廣泛應(yīng)用在建筑工業(yè)上。
CaO+H2O=Ca(OH)2
堿土金屬氧化物的水合熱從Be到Ba依次增加。氧化鈣的這種水合能力,常用來吸收酒精中的水分。在高溫下氧化鈣能同酸性氧化物SiO2作用:
CaO+SiO2=CaSiO3
CaO與P2O5也有類似反應(yīng),這可用在煉鋼中除去雜質(zhì)磷。
堿土金屬氧化物都是白色固體。除BeO外,都是氯化鈉晶格的離子型化合物。由于正、負(fù)離子都是帶有兩個(gè)電荷,而M-O的距離又較小,所以MO具有較大的晶格能,因此,它們的熔點(diǎn)和硬度都相當(dāng)高。晶格中離子間距離越短,引力越大,硬度和熔點(diǎn)也越高。從Be到Ba,它們氧化物的硬度依次降低,熔點(diǎn)除BeO外也是依次下降。根據(jù)這種特性,氧化鈹和氧化鎂常用來制造耐火材料和金屬陶瓷。
堿土金屬氧化物的性質(zhì)見表17-4。
表17-4 堿土金屬氧化物的性質(zhì)
氧化物 性質(zhì) |
BeO | MgO | CaO | SrO | BaO |
熔點(diǎn)/K | 2803 | 3073 | 2849 | 2703 | 2196 |
硬度 | 9 | 6.5 | 4.5 | 3.8 | 3.3 |
離子間距離/pm | 165 | 210 | 240 | 257 | 277 |
水合熱/(kJ·mol-1) | 14.2 | 40.6 | 66.5 | 81.6 | 103.4 |
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