钾在自然界中不能以单质的形态存在，它以盐的形式广泛分布于陆地和海洋中。
介 绍
●钾是植物生长必不可少的元素。钾参与植物中的酶系统活化、光合作用、碳水化合物代谢和蛋白质合成等过程。植物缺钾会导致叶子发黄、变褐、焦枯。植物本身无法产生钾，需通过施加钾肥，补充植物所需的钾。
●钾离子和钠离子在人体中的关系非常紧密—人体补充钾可以抑制钠的吸收，钾和钠之间的这种现象称为“拮抗作用”。因此，钾的功能之一便是降低血压。“低钠盐”是将一部分氯化钠替换成氯化钾，以平衡饮食中钾和钠的摄入，有利于稳定血压，预防心血管疾病。
●钾与许多物质都可以形成钾盐，钾盐在生活中有着广泛的应用。例如，硫酸钾（K2SO4）常作为钾肥使用；碳酸钾（K2CO3）则是重要的化工原料，可用作气体吸附剂和干粉灭火剂。
重要反应
钾与水能反应生成氢气，并且反应极为剧烈：
钾在过量的氧气中燃烧生成超氧化钾，而非过氧化钾：
超氧化钾在吸收二氧化碳的同时释放出氧气，可作为封闭空间中的氧源：
钾与中国
●火药是中国古代四大发明之一，由硝石（硝酸钾）、硫黄和木炭混合而成。火药起源于中国春秋时代的炼丹术。炼丹方士们在炼丹过程中掌握了基本化学方法，发现硝石、硫黄和木炭三种物质可以构成一种极易燃烧的药，就是火药。后来，火药从中国传入欧洲，彻底改变了欧洲的战争进程，推进了人类的历史发展。
●植物燃烧后的灰烬被称为草木灰，主要成分为碳酸钾，是一种成本低廉且易获取的农家肥。中国作为农业大国，许多农村在很长一段时间内都是通过焚烧农作物秸秆来制得草木灰的。但是，大量焚烧秸秆会造成环境污染，还可能酿成火灾。中国在建设美丽乡村的过程中，开始对农村秸秆进行综合利用，如将秸秆转化成饲料、燃料以及生物乙醇，这些都是极具前景的策略。
钙是人体中含量最多的金属元素。自然界中最常见的含钙物质为碳酸钙，大理石、石灰石等岩石的主要成分就是碳酸钙。
介 绍
●钙是人体内最普遍的元素之一，被称为“生命中的钢筋混凝土”。人体内的钙主要存在于骨骼和牙齿中。钙元素摄入量不足会影响生长发育和身体健康，儿童缺钙容易导致发育迟缓，成人缺钙则会增加骨折或患上软骨病、骨质疏松的风险。
●钟乳石是自然界发生化学反应而生成的特有产物。钟乳石的主要成分是碳酸钙，主要形成于碳酸盐岩地区的洞穴内。溶有二氧化碳的水渗透到石灰石的缝隙中，溶解其中的碳酸钙，生成可溶性的碳酸氢钙。这些溶有碳酸氢钙的水从洞顶滴下时发生分解反应，再生成碳酸钙固体而沉积下来。经过上万年的时间，这样往复的化学反应形成了层次错落的钟乳石。
重要反应
高温煅烧石灰石能得到生石灰（氧化钙）：
生石灰溶于水制得熟石灰（氢氧化钙），同时放出大量的热：
碳酸钙难溶于水，但能溶于含二氧化碳的水中，产生可溶于水的碳酸氢钙，碳酸氢钙不稳定，受热易分解为碳酸钙：
钙与中国
●在科学家发现钙元素之前，钙就被广泛应用在建筑当中。早在公元前7世纪，中国便开始从石灰石中煅烧生石灰用于房屋建筑。考古研究发现，我国不少历史建筑的居住面都涂刷了石灰浆。从商周时期的高台建筑，到秦汉时期的砖瓦建筑，再到明清时期的紫禁城，石灰的烧制和使用都非常成熟，甚至屹立千年不倒的长城在垒砌过程中也使用了石灰作为黏合剂。
钪在自然界中的矿藏分散，因此它的分离冶炼难度大，产量很少。
介 绍
●“稀土元素”是元素周期表第IIIB族钪、钇以及镧系元素的统称。稀土元素并不“稀有”，只是过去用于提取这类元素的矿石较稀少；稀土元素也不是“土”，是人们习惯将难溶氧化物称为“土”，故得名“稀土”。稀土元素有着优良的光电磁特性，能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，是国防科技、金属冶炼和工业催化等领域不可或缺的关键材料，被誉为“工业维生素”。中国的稀土资源储量丰富，是重要的战略资源。
钛的优良性能使它成为引人注目的新型材料，钛及其合金被誉为“现代金属”。
介 绍
●钛及钛合金被称为“空间金属”，具有质量小、强度高，又耐高温、耐腐蚀的特性。在飞机的高温部位，钛合金可取代高温性能不能满足要求的铝合金；在航天器发动机的压气机部位，钛合金则可取代高温合金和不锈钢。目前，世界上生产的钛及钛合金，约有四分之三用于航空航天领域。
●钛在医疗领域有着广泛的应用。钛对人体组织具有良好的生物相容性，且无毒副作用。采用钛及钛合金制造人造骨头、人造关节及紧固螺钉等金属件，将它们移植到人体中的治疗方法取得了良好的效果。
●二氧化钛是最具代表性的光催化材料，能在光照条件下获得氧化还原能力，将有机物降解为二氧化碳和水。二氧化钛光催化技术是一种高效、环保的净化技术。
重要反应
高温（500～600℃）下，金属钛与氧气发生反应，生成二氧化钛：
钛有着良好的抗腐蚀性能，只会被特定的酸（如氢氟酸）腐蚀：
钒是一种难熔金属，不易腐蚀。自然界中，钒的分布十分分散，几乎没有钒含量很高的矿床。
介 绍
●钒的不同化合物常具有丰富的颜色，这主要归于钒的多种价态。例如，三氧化二钒为棕黑色，二氧化钒为深蓝色，五氧化二钒为橙红色。这些色彩缤纷的钒类化合物可制成颜料和墨水。
●钒的主要用途是合金添加剂，钒是冶金行业中不可或缺的重要元素。例如，在钢铁材料中加入钒能有效增加钢的强度、韧性和耐磨性。在钛合金中加入钒也能起到显著的改良作用。作为“金属维生素”的钒在汽车、铁路和航天航空等领域被广泛使用。
●钒电池是一种新型环保储能装置，它以不同价态的钒离子溶液作为电池的正、负极在回路中循环，将化学能转化为电能。与其他化学电池相比，钒电池具有功率大、容量大、效率高和寿命长等优点，适合作为电网储能和应急电源使用。
重要反应
钒有着多种氧化物。当金属钒在空气中加热时，钒氧化成三氧化二钒和二氧化钒，并最终成为稳定的五氧化二钒：
工业上用焦炭或铝在高温条件下还原五氧化二钒，生产金属钒：
铬是自然界中硬度最大的金属单质。铬的化学性质不活泼，有较强的耐腐蚀性。
介 绍
●铬是不锈钢的核心元素。第一次世界大战期间，英国科学家亨利·布雷尔利为解决步枪枪膛的磨损问题，研制了一种含大量铬的合金钢。虽然这种含铬钢耐磨性不佳，无法用于枪支，但他意外发现这种亮晶晶的含铬钢耐腐蚀、不生锈，适合用作餐具。现今，不锈钢在建材与生活用品方面的应用随处可见。从化学角度来说，不锈钢中铬元素作用是将合金钢的电极电位由负变为正，从而阻止电化学腐蚀的发生。
●通过化学电解的方法可以将闪亮的铬层镀在金属器件表面，不仅美观，而且能起到防锈作用。将待镀的物件浸泡在含铬的电镀液中，通电使金属器件带负电荷，吸引溶液中带正电荷的铬离子。铬离子获得电子后重新变成铬原子附着在金属上表面，就能得到一层均匀的金属铬膜。
重要反应
一些金属离子的铬酸盐难溶于水，且呈现出鲜艳的特征颜色：
重铬酸根在酸性溶液中有强氧化性，可用于测定二价铁离子的含量：
三氧化二铬为深绿色固体，既可溶于酸，也可溶于强碱：
铬与中国
●考古学家运用现代科学检测手段发现：中国东周时代的兵器上就已人为地覆盖上了一层绿色的氧化铬。秦始皇陵出土的青铜剑表面覆有含铬氧化物的保护层。这种铬盐氧化保护技术能起到很好的防腐、抗锈作用。现代铬化处理技术直到1937年才由美国人发明并获得专利，而我们的祖先早在2000多年前就已能成熟地运用铬盐氧化保护技术。
工业上通常将铁、铬、锰及其合金统称为“黑色金属”，而把除这三者以外的所有金属称为“有色金属”。实际上，三种“黑色金属”的纯净物都不是黑色的。
介 绍
●锰是比较活泼的亲氧金属，在高温下可以同卤素、碳、硅、磷、硫等元素直接化合。钢铁冶炼中常添加锰元素来实现脱硫和脱磷，以除去对钢铁品质有负作用的杂质。
●锰钢是一种非常重要的合金。钢铁中的含锰量不同，会造成巨大的性能差异。例如，含锰量为2.5%～3.5%的低锰钢像玻璃一样脆，一击就碎; 含锰量为13%～15%的高锰钢则既有韧性，又有高强度。高锰钢是一种良好的耐磨材料，可以制作轴承和推土机铲头等耐磨部件。军事上，高锰钢用于制造钢盔、坦克钢甲、穿甲弹弹头等。
●锰的化合物因为价格低廉的优势，在电池领域有着广泛的应用。常用的锌锰干电池以二氧化锰作为电池的正极材料。此外，锰酸锂（LiMn2O4）及三元镍钴锰酸锂等新材料被广泛用于制造锂离子电池的正极。
●高锰酸钾是一种重要的杀菌剂和消毒剂，其抗菌作用强于过氧化氢。在稀的高锰酸钾溶液中加入碱性葡萄糖溶液，可以自制化学“红绿灯”：碱性条件下，紫红色的高锰酸钾与葡萄糖反应变为绿色的锰酸钾。静置之后，绿色溶液又会由于生成了二氧化锰而变成黄色。
重要反应
高锰酸钾晶体在室温下比较稳定，但加热时容易分解，并释放出氧气：
向紫红色的高锰酸钾溶液中通入二氧化硫会发生化学反应，能使高锰酸钾溶液褪色：
二氧化锰是两性氧化物，可以与浓酸、浓碱分别缓慢反应：
铁是一种古老的金属元素，是人类生活中最常见的金属，被称为“金属之王”。
介 绍
●来自外太空的陨石大都含有铁元素。人类最早发现的铁就来自陨石，古埃及人曾把铁叫作“天石"，古希腊语中的 “铁”与“星”是同一个词。
●铁在自然界中主要以化合物的形式存在，包括多种用于冶炼的铁矿石。人们通过高炉冶炼，从铁矿石中得到含碳量较高的生铁。进一步地，运用冶炼工艺控制生铁中的含碳量（0.02%～2.11%），就得到了我们再熟悉不过的“钢铁”。自18世纪工业革命之后，钢铁就是世界上使用最多的材料之一。小到我们生活常见的刀叉、家电、汽车，大到著名的鸟巢体育场和埃菲尔铁塔等建筑，都是用钢铁制造的。
●铁在潮湿的空气中会生锈，生成红褐色的铁锈—氧化铁（Fe2O3）。铁锈易脱落，会引起损耗，因此人们需开发各种防锈的方法。除了在钢铁中加入铬形成不锈钢，铁的“发黑处理”也是一种防锈技术。铁件浸泡在强氧化性溶液中可以使其表面生成一层蓝黑色的四氧化三铁薄膜，这层薄膜在防止铁器被锈蚀的同时也能美化外观。锯条和刀片中常使用这种工艺。
重要反应
铁与氧气的反应条件不同，可以得到不同的产物。常温下，铁与氧气反应会生成红色的氧化铁；在氧气中点燃铁丝，则会生成黑色的四氧化三铁：(www.xing528.com)
工业冶铁是将铁矿石和焦炭投入熔炉内并鼓入空气，高温下，碳及其燃烧生成的一氧化碳可以将铁从铁矿石中还原出来：
二价铁离子又称为亚铁离子，向含有亚铁离子的溶液中滴加强碱，可以得到氢氧化亚铁白色沉淀：
氢氧化亚铁暴露在空气中极易被氧化，会迅速变成红褐色的氢氧化铁：
铁与中国
●中国是世界上最早发现和掌握炼铁技术的国家之一。在青铜熔炼技术的基础上，中国在春秋战国时期出现了最早的人工冶炼的铁制品。铁的发现和大规模使用，是人类发展史上的一个光辉里程碑，它把人类从青铜时代带入了铁器时代。
●指南针，也叫司南，是中国古代四大发明之一。指南针的原料是磁石——四氧化三铁（Fe3O4），具有磁性。早在春秋战国时期（公元前4世纪）的《管子·地数篇》一书就有“上有慈石者下有铜金”的记载。在天然地磁场作用下，指南针能指明地理南极，用以辨别方向。指南针的发明促进了人类的航海活动、地理发现和海上贸易，推动了文明的交流和进步。
钴也是一种历史悠久的金属。电池、电镀、合金与染料领域都有它的身影。
介 绍
●钴的英文和拉丁文名称都源自德语的“妖魔”（kobold）。数百年前，在德国萨克森州的一座金属矿床里，矿工们发现一种外表似银的矿石。然而工人们在冶炼矿石的过程中却发生了毒气中毒，大家都认为这是妖魔作祟。事实上，这种矿石是辉钴矿（CoAsS），它在冶炼过程中会放出二氧化硫和砷等有毒物质。钴也因为这个缘由被无辜地称为“妖魔”至今。
●钴的一大主要用途是生产锂离子电池。钴酸锂（LiCoO2）被广泛用于锂离子电池的正极材料中，是一种固体电解质，具有高能量密度和环保安全的优势。
●钴合金具有非常好的韧性及耐磨性。添加一定量钴的钢材，其耐磨性和切削性都能显著提高；将钴合金熔焊在零件表面，可使零件的使用寿命提高3～7倍。多种多样的钴合金被广泛用于燃气轮机叶片、火箭发动机、导弹部件等高负荷的耐热部件中。
●无水氯化钴晶体是蓝色的，吸水后会变成粉红色的六水合氯化钴。利用氯化钴这一特性制造的变色硅胶，能从颜色上直观地反映环境的相对湿度，因此它既是干燥剂，又是指示剂。
重要反应
金属钴与氧气在加热条件下会生成氧化物—四氧化三钴（Co3O4）。如果加热温度达到900℃以上，则会生成二价钴的氧化物—氧化钴（CoO）：
金属钴溶于盐酸，生成蓝色的氯化钴，并放出氢气：
氧化钴用硫酸溶解后经蒸发结晶，可以得到粉红色的硫酸钴晶体：
钴与中国
●历史上，从矿物中提取的蓝色无机颜料曾一度非常稀有，钴着色剂就是其中的一种。唐代时期，中国通过丝绸之路从西域引入了钴着色剂“苏麻尼青”。能工巧匠们将这种钴着色剂用于陶器，烧出了低温蓝釉，得到了彩色陶器“唐三彩”。元代开始，高温钴蓝釉瓷器的工艺被发明，由此诞生了●“青花瓷”，淡雅的素胎衬以钴蓝勾勒繁复的纹样，成为中国陶瓷艺术的典型代表。
镍是一种硬而有延展性，并具有铁磁性的金属。2000年前，中国便已经发现了铜镍合金。
介 绍
●镍具有非常优良的抗氧化、抗腐蚀特性，因此它是一种制造耐腐蚀合金的重要原料。镍常被镀在其他金属上防止生锈，也可以用来制造镍钢、镍铬钢等不锈钢和防腐蚀金属。
●镍的主要应用之一是电池，包括镍氢电池和镍镉电池等。其中，镍氢电池的应用较广，是氢能源的一种重要利用方式。相比于锂离子电池，镍氢电池的质量较大、能量密度不够高，但镍氢电池更经济，在安全方面也更具优势。
人类在公元前5000年就用铜制造工具，铜是唯一在常温下呈红色的金属。
介 绍
●铜和金、银一样，都具有优良的导电性和导热性，但铜由于价格低廉的优势，在电力电子行业中被广泛使用。电力传输导线、变压器、开关、电路连接元件等等，大部分都由铜制造的。印刷电路和集成电路中也随处可见铜的身影。
●红色的纯铜叫作红铜或紫铜，常用于电缆和导线。自然界中存在着多种多样的铜合金，并也大都以它们的颜色命名。例如，黄色的铜锌合金叫作黄铜，用于制造阀门和连接管；银白色的铜镍合金叫作白铜，在精密机械配件里有一定的应用。
●硫酸铜溶液的湛蓝色令人着迷，但它美丽的外表下却藏着一副“蛇蝎心肠”。铜盐都是剧毒物质，人摄入过量的铜会导致血红蛋白变性，严重时会有溶血性贫血的危险。
重要反应
空气中加热金属铜生成黑色的氧化铜。若温度进一步升高，氧化铜会分解生成砖红色的氧化亚铜：
“湿法炼铜”是用铁从硫酸铜溶液中提取铜的方法。该反应是由单质与化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应，属于置换反应：
向蓝色的硫酸铜溶液中滴加氢氧化钠会得到蓝色的氢氧化铜絮状沉淀：
在潮湿的空气中，许多青铜器的表面都会附着一层碱式碳酸铜，又名“铜锈”“铜绿”：
铜与中国
●青铜是金属冶铸史上最早出现的合金。在纯铜中加入锡（或铅），可以改善铜较软的特性，提高合金的硬度和强度，并降低熔点，便于熔炼。青铜的铸造性好、耐磨且化学性质稳定，这也是古代青铜器能流传至今的原因。中国古代夏商至秦汉时期是“青铜时代”的巅峰。粗犷又不失精美的后母戊鼎、四羊方尊和曾侯乙编钟等青铜国宝，既反映出当时先进的合金制造工艺，也记载着中华历史特有的祭祀和礼器文化。
锌是一种常见的有色金属。中国是世界上最早发现并大规模生产和使用锌的国家。
介 绍
●锌本身的强度和硬度不高，但在与铜、铝等“组团”后，可大幅提升合金的强度和硬度。例如，铜锌合金有着优异的耐磨性，常用于制造生活中常见的阀门、管路和门把手等部件。
●锌的金属活动性比铁强，因此在海水中锌比铁更容易被腐蚀。通常，轮船的船尾及船身浸入海水的部分会装上一定量的锌块，使得海水的腐蚀作用优先在锌块上发生，从而保护船体。
●锌被誉为“生命之花”，它是人体中200多种酶的重要组成元素。锌直接参与人体中酶的合成，促进生长发育及组织再生，维护免疫功能，是人体不可或缺的关键元素。
●1800年，意大利科学家亚历山德罗·伏打以多层锌环和银环叠放，其间用浸湿食盐水的纸片隔开，制造了世界上最早的电池—“伏打电池”。这是人类最早的化学电源，促进了电磁学的发展。我们熟知的电压单位“伏特”就是以伏打的名字命名的。
重要反应
锌是一种两性金属，在强酸、强碱中都能够反应并放出氢气：
锌在空气中表面会生成氧化锌，因为这层保护膜，金属锌很难剧烈燃烧：
锌锰干电池是一种常见的碱性电池，电池以锌为负极，二氧化锰为正极，氢氧化钾为电解质：
镓是一种液态金属。它是化学史上第一个先理论预言存在，后在自然界中被发现验证的元素。
介 绍
●发光二极管（LED）是一种将电能转化为光能的半导体元件。这种光源只发单色光，需要混合才能得到白光。在红光、绿光和黄光的LED相继问世后，蓝光LED却遭遇了许多技术难关，一度被认为是“20世纪内不可能完成的任务”。20世纪90年代，日本科学家赤崎勇、天野浩和中村修二发明了基于氮化钾（GaN）的高效蓝光LED器件，获得了2014年的诺贝尔物理学奖。如今，节能环保且寿命超长的白光LED已取代白炽灯，进入了千家万户。
克莱门斯·温克勒首先发现了锗元素，他以他的祖国——德国（Germany）命名了锗。
介 绍
●高纯度的锗具有很高的折射系数，对红外线透明，但对可见光和紫外线不透明，所以用作专透红外光的夜视仪透镜。
●20世纪60年代之前，锗作为重要的半导体被大量采用。但随着硅的崛起，锗逐渐被替代。目前，锗在光纤通信中仍有着重要的应用。在光纤中掺入锗，可以起到调控折射率和光电转换的作用，提高信息的传播速度。从4G到5G时代，信息传播速度大幅提升，也对锗提出了更大量的需求。
砷的很多化合物都具有毒性，其中最著名的就是俗称砒霜的三氧化二砷（As2O3）。
介 绍
●一些影视作品中，常有观察银针刺入食物后是否发黑来判断食物是否被添加砒霜的桥段。事实上，银不会与砒霜发生反应，使银针发黑的真正原因是砒霜中的硫和硫化物。古时人们主要运用煅烧砷的硫化物的方法获得砒霜，这种粗糙的加工方式不能完全去除其中的硫，因此“银针验毒”不过是一种巧合。
●雌黄（As2S3）是一种黄色至橙黄的矿石，可作黄色颜料。中国古代写字用的是未经漂白的黄纸，一旦写错就用雌黄涂抹后重新书写，因此后人就用成语“信口雌黄”来比喻不顾事实，轻下论断。
硒是人体所必需的微量元素，人体中几乎每一种免疫细胞中都含有硒。
介 绍
●硒具有优异的半导体特性与光敏性，在电子领域有着广泛的用途。硒常被用来制造光电池、感光器、激光器件、光电管、整流器等。激光打印机的感光鼓也是硒主要的应用领域。
●硒是一种很好的脱色剂，常用于玻璃工业。玻璃原料中如果含铁离子，就会呈现出浅绿色，而加入少量硒，可以使玻璃呈现红色。绿色和红色互补，使玻璃变成无色。如果加入过量的硒，就可以制造出著名的红宝石玻璃—硒玻璃。
●硒是氨基酸与酶的重要组成元素，有着“长寿元素”的美誉。硒对的人体健康具有重要的作用，适当地补硒可增强人体的免疫功能以及抗病能力。
溴是唯一在常温下呈液态的非金属元素。作为活泼的“卤素家族”中的一员，地球上绝大部分溴都以化合物的形式存在于海水和盐湖的卤水中。
介 绍
●1824年，法国化学家安东尼·巴拉尔在用海藻提取碘的实验中，得到一种散发着刺鼻气味的深褐色液体。他继续深入研究，最终确定了这种液体是一种新元素“溴”。巴拉尔的发现不仅震惊了化学界，也震惊了德国人尤斯蒂斯·李比希。原来，李比希也曾由类似实验得到同样的物质，却主观臆断该液体为“氯化碘”而弃之不问，错过了发现溴的机会。这次挫败让李比希吸取教训，严谨治学，创立了有机化学这一学科，为化学的发展做出了伟大的贡献。
氪的希腊语含义为“隐蔽”（krypton），因为它“躲藏”在大气中很久未被科学家们发现。
介 绍
●氪的外层电子处于全充满结构，曾被认为没有反应活性。但在20世纪60年代初，人们却发现氪与氟的混合物可以在放电条件下发生化学反应，生成二氟化氪（KrF2）。
●添加了氪的灯发光效率极高，能发出非常亮的白光，因此氪灯常用作相机的闪光灯。氪也是制造高功率气体激光器的重要材料。
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