ЩЕЛОЧНЫЕ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ И МАГНИЙ
Элементы I группы главной подгруппы называются щелочными металлами. Строение их внешней электронной оболочки отражается формулой: ns1. Щелочноземельными называются кальций, стронций, барий и радий. Эти элементы располагаются во II группе главной подгруппе периодической системы. Находящийся в этой же группе магний несколько уступает им в активности, но имеет похожие свойства, поэтому его целесообразно рассматривать вместе со щелочноземельными металлами, тогда как бериллий образует катион с большой концентрацией заряда, вследствие чего его свойства резко отличаются от свойств остальных элементов группы и имеют диагональное сходство с алюминием. Строение внешней электронной оболочки элементов II группы отражается формулой: ns2. Таким образом, все эти металлы являются s-элементами. Атомы всех названных элементов имеют довольно большие радиусы, которые увеличиваются при движении по группе сверху вниз и уменьшаются при переходе от I группы ко II. При движении вниз по каждой из групп уменьшается электроотрицательность и потенциал ионизации атомов, т.е. возрастает их восстановительная способность. Активность этих металлов так велика, что на воздухе все они тотчас окисляются, рубидий и цезий самовоспламеняются, а барий загорается на воздухе при простом раздавливании. Все эти металлы кроме магния хранят под слоем керосина или другого инертного растворителя. Щелочные металлы образуют катионы с зарядом +1, а металлы II группы – с зарядом +2. В обоих случаях катионы имеют электронную оболочку благородного газа, что дает им дополнительную устойчивость. Физические свойства. Из-за низкого потенциала ионизации в металлической решетке щелочных и щелочноземельных металлов много катионов, что делает решетку недостаточно прочной, следовательно, температуры плавления этих металлов невысоки, плотность и твердость также низкие. Литий, натрий и калий легче воды, поэтому при реакции с водой плавают на ее поверхности. Наличие большого количества катионов в решетке препятствует целенаправленному передвижению электронов в толще металла, поэтому тепло- и электропроводность s-элементов существенно ниже, чем у других металлов. При движении сверху вниз по группам растет процент катионов, уменьшается прочность кристаллической решетки, следовательно, уменьшаются и температуры плавления. Химические свойства простых веществ 1. Взаимодействие с кислородом При сгорании на воздухе оксиды образуют литий, магний и щелочноземельные элементы. Оксид бария легко вступает в дальнейшее взаимодействие с кислородом, образую пероксид. Иногда эту реакцию пишут как одностадийную, но на самом деле она проходит в два этапа. Основным продуктом при сгорании натрия оказывается пероксид, а для металлов подгруппы калия – надпероксид: 2Na + O2 = Na2O2 K + O2 = KO2 Калий и его аналоги реагируют с озоном, давая озониды: Rb + O3 = RbO3. Вот некоторые реакции, в которые вступают эти соединения, проявляя, в основном, свойства окислителей: Na2O2 + 2H2O = 2NaOH + H2O2 2KO2 + 2H2O = 2KOH + H2O2 + O2 Na2O2 + 2HCl = 2NaCl + H2O2 (на холоду) Na2O2 + CO = Na2CO3 2KO2 + CO = K2CO3 + O2 Na2O2 + SO2 = Na2SO4 2KO2 + S = K2SO4 4KO3 + 2CO2 = 2K2CO3 + 5O2 4KO2 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2. Две последние реакции используются в дыхательных аппаратах на подводных лодках, так как позволяют перерабатывать выдыхаемый углекислый газ в кислород. Простые оксиды натрия и металлов подгруппы калия можно получить по реакции пероксидов или надпероксидов с соответствующими металлами: KO2 + 3K = 2K2O (при нагревании). 2. Взаимодействие с галогенами Со всеми галогенами s-металлы энергично взаимодействуют. Натрий сгорает в хлоре, металлы группы калия реагируют с бромом со взрывом. 3. С серой щелочные металлы дают как сульфиды, так и персульфиды при избытке серы: 2Na + 2S = Na2S2 Na2S + S = Na2S2 4. С фосфором образуют фосфиды, которые гидролизуются с образованием фосфина и легко могут быть окислены: Ca3P2 + 6H2O = 2PH3 +3Ca(OH)2 Ca3P2 + Cl2=3CaCl2 + PCl3 5. Магний с водородом не взаимодействует. Остальные металлы дают ионные гидриды состава МН или МН2, которые содержат гидрид-ион (Н-), подвергаются необратимому гидролизу и являются сильными восстановителями: LiH + H2O = LiOH + H2 CaH2 + 2CaOCl2 = CaCl2 + Ca(OH)2 6. Щелочноземельные металлы реагируют с азотом при нагревании, давая нитриды состава M3N2, свойства которых аналогичны свойствам фосфидов и гидридов. Наиболее характерна реакция с азотом для лития. Она происходит уже при комнатной температуре. Нитрид лития грязно-зеленого цвета. Оставленный на воздухе кусочек лития со временем покроется коркой, состоящей из нитрида, оксида и карбоната лития. Остальные щелочные металлы с азотом не реагируют. 7. Из щелочных металлов с углеродом взаимодействуют только литий и натрий, в реакцию вступают также щелочноземельные металлы. Получаются карбиды состава М2С2 или МС2. Все реакции идут при нагревании. При гидролизе карбидов получается ацетилен: SrC2 + H2O = H2C2 + Sr(OH)2. В аналогичных условиях магний образует продукт состава Mg2C3. Mg2C3 + 4H2O = C3H4 + 2Mg(OH)2.
Взаимодействие со сложными веществами
С водой щелочные и щелочноземельные металлы активно взаимодействуют, металлы подгруппы калия – с воспламенением и взрывом. При этом получаются гидроксиды соответствующих металлов и водород. Магний не растворяется в холодной воде из-за плохой растворимости Mg(OH)2, при нагревании реакция идет. При этом магний растворяется в растворе хлорида аммония, причиной чего является кислая в результате гидролиза среда раствора данной соли и тот факт, что гидроксид магния является более сильным основанием, чем гидроксид аммония. Mg + 2H2O + 2NH4Cl = MgCl2 + 2NH3.H2O + H2
|
