鹼土金屬(第 2 族)
如果說鹼金屬是最左側那些狂野、柔軟、只有一個電子的金屬,鹼土金屬就是它們右移一列、更沉穩的鄰居:鈹、鎂、鈣、鍶、鋇,以及有放射性的鐳。它們仍然活潑、仍然電正性強,但更硬、更緻密、熔點更高,兇猛程度比第 1 族略低一檔——鈣與水的反應平穩而非爆炸。它們的化合物無處不在:粉筆、石灰石、大理石、骨骼、石膏,以及每一個葉綠素分子核心處的鎂。
每個第 2 族原子的最外 s 殼層上都有兩個電子。失去這兩個電子就得到穩定的稀有氣體組態和 +2 離子,這也正是它們的主導化學——Mg2+、Ca2+ 等等。要湊出 2+ 電荷需要更多能量(兩步電離),但所得的又小又帶雙電荷的離子能形成非常強的離子晶格,這正是它們的氧化物和鹽通常是高熔點固體的原因。沿族向下,其化學趨勢與第 1 族相仿:活潑性上升,金屬電正性增強,氫氧化物鹼性更強、溶解度更高(Mg(OH)2 只是微溶的「鎂乳」,而 Ba(OH)2 是強而可溶的鹼)。它們的氧化物 MO 和氫氧化物 M(OH)2 呈鹼性,並形成碳酸鹽、硫酸鹽,以及石灰和灰泥這些日常建材。
這些金屬在工業和生物上都很重要:鎂是輕質結構金屬,也是葉綠素的光合中心;鈣是骨骼、牙齒和石灰石的礦物成分,而 Ca2+ 是細胞中的主控信號離子。需要老實說明的有兩點。最小的鈹是這家族的異類——小、強極化、更偏共價、且兩性,與鋁有對角線般的親緣。而碳酸鹽熱穩定性的趨勢與初學者的預期相反,出於陽離子大小的原因,它沿族向下增強。
鎂帶在空氣中燃燒,發出耀眼的白光,生成 MgO——曾用於閃光攝影——而鈣丟進水裡則穩定地冒泡,生成 Ca(OH)2 和氫氣,劇烈卻遠比鈉平和。
第 2 族金屬活潑且電正性強,但比第 1 族的鄰居平和一檔。
鹼土金屬形成 +2 而非 +1 離子,因為第二步電離所耗的能量,會被雙電荷離子帶來的強得多的晶格能和水合能加倍償還。它們並不只是活潑性較低的第 1 族金屬。