s區第1（1A）族元素　堿金屬（Alkali metals）

Li,Na,K,Rb,Cs,Fr

堿金屬是元素周期表中第1族（即ⅠA族）金屬元素的總稱。它們有很高的化學活性，是金屬性最強的還原劑，易于失去價電子變為一價正離子。堿金屬和鹵素、氧、硫等反應生成離子化合物，和水反應生成堿（MOH）并放出氫氣（H2）。這一族元素最為突出的特點是其氧化物和氫氧化物具有堿性，因而得名。堿金屬與水反應時劇烈情況不同：

Li　　　　Na　　　　K　　　　Rb　　　Cs

平穩　　劇烈　　劇烈，燃燒　爆炸　　爆炸

堿金屬溶于純液氨，形成導電的溶液，濃度小時呈藍色，濃度大時呈黃褐色。研究發現，藍色與氨合電子有關。

堿金屬發生焰色反應，各顯示其特征的顏色。

Li　　　Na　　　　K　　　Rb　　　Cs

深紅色　黃色　　紫色　　紫色　　藍色

3號元素　Li鋰

1817年阿爾費德森（J.A.Arfvedson，瑞典）在分析一種名為“葉石”（硅酸鋁鋰）的礦石時發現了鋰，其拉丁文lithia原意為“石頭”。自然界中鋰主要以鋰輝石和鋰云母等礦物存在。

鋰是銀白色最輕金屬，質軟，但比鈉、鉀硬。性活潑，在空氣中易被氧化而變暗，需儲藏于煤油或惰性氣體中。鋰鹽在水中的溶解度與鎂鹽相似，而不同于其他堿金屬鹽。鋰的同位素6Li經反應堆里的中子照射后，可產生氚（詳見氫的核反應和核能）。鋰的熱容較大（3.58J·g-1·K-1），故用于核反應堆中吸收裂變反應放出的熱，也用于制造輕合金（與鈹、鎂、鋁等）。由于鋰的原子質量很輕而電極電位低（=-3.04V），是良好的電極材料。鋰電池已廣泛地用于手提電腦、移動電話、照相機等電子產品。

鋰電池　鋰是摩爾質量最小的金屬，同時有著很低的電極電勢，因此鋰電池有較高的能量密度。鋰電池于20世紀70年代問世，當時采用鋰金屬單質作負極，使用中存在一定安全隱患。20世紀80年代，提出了“搖椅電池”的概念，即充放電過程中，鋰離子如在正負電極間來回移動。由于鋰離子半徑只有76pm，可在多種晶體結構中移動而不破壞母體結構，實現可逆的嵌鋰、脫鋰過程，即所謂的“鋰離子電池”。電池由正極、負極和電解質三部分組成。目前，鋰離子電池通常采用石墨作為負極，電解質是LiClO4（或LiPF6）與有機溶劑（碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等）的混合物，正極活性材料為層狀金屬氧化物，典型的材料是LiCoO2。在充放電過程中，電極發生下述反應。

放電過程：LiCx（x≈6）+CoO2→Li1-yCx+LiyCoO2（0<y<1）

充電過程則是上述放電反應的逆過程。

11號元素　Na鈉

1807年戴維（H.Davy，英）通過電解苛性鈉制得金屬鈉。元素名稱源于英文“soda”，意為“蘇打”。元素符號源自拉丁文Natrium。地殼中鈉含量豐富，其主要存在形式是氯化鈉。海水中鹽類占4％，其中的氯化鈉含量高達3％。在海邊建鹽田，引入海水，經風吹日曬，蒸發掉水分，即可結晶出NaCl晶體。全球每年生產的氯化鈉超過2億噸。通過電解熔融氯化鈉制的金屬鈉每年產量約10萬噸。

鈉是銀白色金屬，質輕且軟并富延展性，常溫時呈蠟狀，低溫時變脆。液體鈉是液體中傳熱本領最高的一種，有些核電站用它做冷卻劑。鈉的化學性質非常活潑，一般存放在煤油中。鈉能和許多非金屬直接化合。燃燒時呈現黃色火焰。遇水劇烈作用，生成氫氣和氫氧化鈉，在冰上也能與水作用而燃燒。鈉有許多用途，鈉光燈可用作單色光源，并用于公路和機動車的照明。含鈉的大宗工業產品有：氫氧化鈉（NaOH），又稱苛性鈉、燒堿、火堿；碳酸鈉（Na2CO3），又稱純堿、蘇打；碳酸氫鈉（NaHCO3），又稱小蘇打。

生物學作用　鈉約占人體質量0.15％，多以鈉離子（Na+）形式存在，60％的鈉存在于細胞外液（濃度為136～146mmol/L），10％存在于細胞內液（濃度為10mmol/L），其余30％存在于骨中，骨骼可視為Na+的體內儲存庫；Na+和氯離子（Cl-）是維持細胞外液滲透壓的主要離子。Na+對維持神經肌肉系統的應激性有重要作用。血漿中Na+濃度升高，心肌興奮性增強。每人每日需鈉2g，即需攝入食鹽5g，攝入量過多易引發高血壓。

19號元素　K鉀

1807年戴維（H.Davy，英）通過電解苛性鉀首先制出金屬鉀。元素名稱源于英文“potash”，意為“木炭堿”（碳酸鉀），說明來自苛性鉀。元素符號源自拉丁文Kalium。天然礦物有鉀石鹽（KCl）、鉀硝石（KNO3）、光鹵石（KMgCl3·6H2O）和鉀長石［K（AlSi2O6）］等。海水里含微量的鉀鹽，陸生植物和海藻燃燒后的灰分里含較多的碳酸鉀。

鉀是銀白色蠟狀金屬，質軟，比水還輕。鉀的化學性質極為活潑，燃燒時呈紫色火焰。需存儲在煤油中。超氧化鉀（KO2）與水和CO2作用可產生O2，用于供氧裝置中。鉀鈉合金（NaK）的熔點只有-12.5℃，易傳熱又不易固化，故在增殖反應堆中用作熱交換劑。40K存在于許多巖石中，半衰期長達12.5億年，故廣泛應用于巖石年代的確定。

生物學作用　鉀是人體常量元素。以鉀離子（K+）形式存在，98％存在于細胞內液，其中K+含量高達150mmol/L，而在細胞外液中K+含量僅4.1～5.6mmol/L（成人）。K+對維持神經肌肉系統的應激性有重要作用，對神經信號的產生和傳輸至關重要，對心肌有抑制作用。鈉和鉀是人體必需元素。細胞膜上有特定功能的“離子泵”，控制細胞內外離子的濃度，Na+主要在細胞膜外，K+主要在細胞膜內，二者維持一定的濃度保持心肌和神經肌肉的正常功能。天然食物中含鉀豐富，正常膳食可滿足機體對K+的需要。長期不進食的人要注意補鉀。鉀是植物生長所必需的元素之一，對促進莖葉生長、增加植物籽實和塊根里的淀粉和糖的含量起著重要的作用。鉀和氮、磷一起構成化學肥料的三大主要成分。

37號元素　Rb銣

1861年本生（R.W.Bunsen，德）和基爾霍夫（G.R.Kirchoff，德）用光譜法從鋰云母礦中發現了這種元素。名稱源于其在光譜中呈深紅色，用希臘文“rubidus”（意為深紅色）命名。在自然界，銣散布在光鹵石和很少見的銫榴石［Cs（AlSi2O6）］中。

銣是銀白色蠟狀金屬，質軟。化學性質極活潑，勝于鉀，需儲存于煤油中。銣受光照易放出電子，用于電視機和光電管以及光電池的生產中。銣汞齊用作催化劑。RbAg4I5室溫下具有優良的離子導電性。

55號元素　Cs銫

1860年本生（R.W.Bunsen，德）和基爾霍夫（G.R.Kirchhoff，德）用分光鏡檢驗礦泉水的光譜時發現了這種元素。名稱源于拉丁文“caesius”，意為“天藍色”，因銫的光譜中有兩條藍線。在自然界，銫分散在光鹵石和很少見的銫榴石［Cs（AlSi2O6）］中。

銫是銀白色金屬，質輕而軟且有延性。金屬銫的熔點（28.5℃）僅高于汞，應儲存于煤油中。銫在光照下易放出電子，用于制光電管、攝譜儀、紅外信號燈、光學儀器和檢測儀器，還用于清除真空系統（如電視機顯像管）中的殘余氣體。133Cs被確定為時間的標準，即銫原子鐘。

銫原子鐘　利用銫原子內部的電子在兩個能級間跳躍時輻射出來的電磁波作為標準，去控制校準電子振蕩器，進而控制鐘的走動。1967年，國際單位制（SI）定義“1秒鐘等于銫-133原子在兩個能級之間轉換9192631770個輻射周期所需要的時間”。

137Cs是鈾裂變的主要產物之一，為高毒性的放射性同位素。2011年日本福島核電站因地震受到破壞，137Cs溢散到大氣中。

87號元素　Fr鈁

1939年佩雷（M.Perey，法）研究錒的衰變產物時發現鈁，為紀念其祖國法蘭西（France）而命名。223Fr是自然界中鈁唯一存在的同位素，地殼中含量估計僅為24.5g。