Элементы IA- и IIA-групп

Элементы литий Li, натрий Na, калий К, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr составляют IA-группу Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Их общее название – щелочные металлы. На валентном электронном уровне всех элементов этой группы содержится по одному электрону (валентная электронная конфигурация – n s ¹), вследствие этого в соединениях все щелочные металлы проявляют степень окисления +1. Низкая электроотрицательность щелочных металлов обусловливает существование их в виде однозарядных катионов, образующих со многими анионами соответствующие соли. В целом свойства элементов IА-группы отвечают свойства типичных металлов (ионные связи в соединениях, сильная восстановительная способность, сильнощелочной характер оксидов М₂О и гидроксидов МОН).

Элементы бериллий Ве, магний Mg, кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra составляют IIА-группу Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Элементы кальция, стронций, барий и радий имеют групповое название – щелочноземельные металлы. Валентный уровень атомов элементов IIA-группы содержит по два электрона (n s ²), поэтому характерная степень окисления этих элементов в соединениях +2. Металлические свойства элементов IIА-группы выражены слабее, чем у элементов IA-группы.

Получение щелочных и щелочноземельных металлов в свободном виде возможно только путем электролиза расплава их галогенидов или гидроксидов. Характерные реакции металлов IA- и IIA-групп связаны с их высокой восстановительной способностью. С водой они реагируют с образованием гидроксидов и выделением водорода (исключение – бериллий и магний, которые с водой на холоде не реагируют, так как их поверхность покрыта прочной оксидной пленкой).

При окислении на воздухе щелочные металлов образуют различные кислородные соединения: литий – оксид Li₂O, натрий – пероксид Na₂O₂, а калий, рубидий и цезий – надпероксиды KO₂, RbO₂ и CsO₂. Металлы IIA-группы с кислородом образуют оксиды MO. Оксиды щелочных металлов M₂O являются типичными основными оксидами, а гидроксиды МОН – типичными растворимыми в воде основаниями (щелочами), которые создают сильнощелочную среду. Оксиды и гидроксиды элементов IIA-группы (кроме бериллия) проявляются основные свойства; гидроксиды стронция и бария из-за хорошей растворимости в воде можно назвать щелочами аналогично гидроксидам щелочных металлов. Оксид и гидроксид бериллия амфотерны.

В узлах ионных кристаллических решеток пероксидов щелочных металлов M₂O₂ и надпероксидов MO₂ находятся пероксид-ионы О₂^2– и надпероксид-ионы O₂^–; известны ионные озониды MO₃. Все эти соединения при нагревании легко распадаются с выделением кислорода, а также подвергаются гидролизу с образованием гидроксид- и гидропероксид-ионов. Пероксиды, надпероксиды и озониды – сильные окислители. Как и щелочные металлы, щелочноземельные образуют не только оксиды, но также пероксиды MO₂ и надпероксиды М(О₂)₂, которые при обработке разбавленными растворами кислот на холоду выделяют пероксид водорода, а при нагревании – кислород.

Металлы IA- и IIA-групп, проявляя высокую химическую активность, образуют бинарные соединения: с водородом – гидриды MH и MH₂, с азотом – нитриды M₃N и M₃N₂, с галогенами – галогениды МГ и МГ₂, с углеродом – ацетилениды М₂С₂ и МС₂, с серой – сульфиды М₂S и МS и т.д.

Соли щелочных металлов, за исключением некоторых солей лития (LiF, Li₂CO₃, Li₃PO₄), хорошо растворимы в воде. Ионы щелочных и щелочноземельных металлов гидролизу не подвергаются. Катионы бериллия и в меньшей степени магния в обменное взаимодействие с водой вступают. Карбонаты магния и щелочноземельных металлов МСО₃ малорастворимы в воде, в то же время их гидрокарбонаты М(НСО₃)₂ растворимы хорошо. Именно гидрокарбонаты кальция и магния обусловливают так называемую временную жесткость воды. Ее можно устранить, осаждая малорастворимые карбонаты (например, кипячением или нейтрализацией раствором щелочи).

По многим физико-химическим свойствам литий обнаруживает большее сходство с магнием (элементом, находящимся в Периодической системе по диагонали от него), чем со своим непосредственным электронным аналогом – натрием. Литий и магний легко реагируют с азотом и дают нитриды Li₃N и Mg₃N₂. Поэтому при сгорании на воздухе литий и магний образуют оксиды и нитриды. Гидроксиды лития и магния уже при умеренном нагревании (400-500 ^оС) разлагаются на соответствующий оксид и воду, тогда как гидроксиды остальных s -элементов в этих условиях термически устойчивы и образуют ионные расплавы.

Химические свойства бериллия напоминают свойства алюминия (диагональная периодичность свойств). Так, оба эти металла образуют ковалентные галогениды с мостиковыми атомами галогена, им свойственно комплексообразование (в частности, с галогенид-ионами, например [BeF₄]^2– и [AlF₆]^3–). Наконец, бериллий, как и алюминий, амфотерен (электроотрицательность обоих элементов 1, 47).

Поскольку гидроксид бериллия амфотерен, его получают из растворов солей осаждением не щелочью, а гидратом аммиака. Растворимость Be(OH)₂ в воде значительно ниже, чем Mg(OH)₂.

2. ХИМИЯ Р -ЭЛЕМЕНТОВ