сі s-метали мають на зовнішньому енергетичному рівні по одному-два електрони і можуть легко їх віддавати, прагнучи набути електронну конфігурацію попереднього інертного газу. При цьому метали ІА - і ІІА-підгруп утворюють відповідно йони Ме+ і Ме2+.Металічні зв'язки утворюються делокалізованими валентними електронами, які утримують разом позитивно заряджені йони, що знаходяться у вузлах кристалічних решіток металів. Чим більшим є металічний радіус, тим тонкішим шаром розподілені делокалізовані електрони по позитивних йонах і тим слабкішим є зв'язок. Хімія таких елементів є, головним чином, йонною хімією, за винятком літію та берілію, які мають сильніші поляризувальні властивості. Однак у лужних і, особливо, у лужноземельних металів помітна тенденція до утворення ковалентних зв'язків. Так, у газуватому стані існують ковалентні молекули Na2, Cs2 тощо. Крім того, зв'язок цих металів у деяких комплексних сполуках з C, N, O теж відноситься до ковалентних.У водних розчинах йони s-металів деякою мірою виявляють здатність до реакцій комплексоутворювання та до утворення донорно-акцепторних зв'язків з монодентантними лігандами. Більшість таких комплексів характеризується невеликою стійкістю. Причому, двохзарядні йони металів ІІА-підгрупи мають дещо сильніші комплексоутворювальні властивості. Для них найбільш притаманними є координаційні зв'язки з донорними атомами Оксигену, а для магнію - ще з атомами Нітрогену. 2.1 Лужні металиЗагальна електронна формула s-металів ІА-підгрупи ns1, де n - номер періоду і, одночасно, номер зовнішнього енергетичного рівня атома. Попередній електронний шар містить 8 електронів за винятком атомів літію, у яких є тільки два електрони на передзовнішньому шарі. Починаючи з четвертого періоду, атоми калію, рубідію, цезію мають вільні d-, f - і g-підрівні, які заповнються лише у наступних періодах.Низькі значення перших потенціалів йонізації і, навпаки, дуже високі - других потенціалів йонізації є причиною того, що лужні метали у складних сполуках виявляють постійний ступінь окиснення +1. Незважаючи на те, що спорідненість до електрона у лужних металів має позитивне значення (тобто приєднання електрона до нейтрального атома супроводжується виділенням енергії), вони практично ніколи не виявляють негативних ступенів окиснення. Правда, нещодавно з'явилися відомості про те, що штучно одержано сполуку, в якій натрій перебуває у ступені окиснення -1, але це виключно рідкий випадок.При переході від Li до Fr послідовно зменшуються такі властивості:температури плавлення і теплоти сублімації;енергії утворення кристалічних решіток усіх солей (за винятком солей з аніонами, що мають дуже невеликі радіуси);легкість термічного розкладання нітратів і карбонатів (збільшується їх міцність);ефективні радіуси гідратованих йонів і енергії гідратації;міцність ковалентних зв'язків у молекулах типу M2;теплоти утворення фторидів, гідридів, оксидів і карбідів - внаслідок великих енергій кристалічних решіток сполук, утворених невеликими за розміром аніонами.Для атомів лужних металів притаманне дуже невелике значення роботи виходу електрона, завдяки чому вони знайшли широке застосування в електроніці як емітери електронів для фотоелементів, фотомножників, перетворювачів світлових сигналів у електричні.2.1.1 Поширення у природіВміст літію у земній корі становить усього 5.10-3% (мас). Літій утворює власні рідкі мінерали: сподумен LiAl (Si2O6), амблігонит LiF. AlРО4, але найчастіше він зустрічається у природі як домішка до сполук натрію та калію. Натрій становить 2,6% від маси земної кори і знаходиться у вигляді NaCl у твердому мінералі - кам'яній солі - і в морській воді, а також у мінералах: тенардит Na2SO4, глауберова сіль Na2SO4.10H2O; глауберит Na2SO4. CаSO4; чилійська селитра NaNO3; сода Na2CO3.10H2O; бура Na2B4O7.10H2O. Калій, кількість якого у земній корі дорівнює 2,4%, утворює мінерали: сильвін KCl, карналіт KCl. MgCl.6H2O, каїнит KCl. MgSO4, селітра KNO3. Рубідій і цезій у невеликих кількостях знаходяться, як правило, разом із натрієм і калієм в їх сполуках.2.1.2 фізичні властивостіЛужні метали - сріблясто-білі речовини, крім цезію, у якого золотаве забарвлення. На свіжому повітрі s-метали у розрізі мають блискучу поверхню, але при контакті з киснем повятря дуже швидко тускніє, тому їх зберігають під шаром гасу. Більшість складних сполук лужних металів безбарвні, оскільки електронна оболонка Ме+ (оболонка інертного газу) є дуже стійкою, а йони не деформані (якщо йони не деформовані, то сполука безбарвна).Фізичні властивості лужних металів змінюються досить закономірно залежно від положення у періодичній системі елементів, будови атома і структури кристалічної решітки (табл.1). Таблиця 1 - Фізичні властивості лужних металів|
Метал | Густина, г/см3 | Кристалічна структура | Темп. плавлення, К | Темп. кипіння, К | | Li | 0,534 | Об'ємно - центрована кубічна | 461 | 1613 | | Na | 0,97 | " | 371 | 1163 | | K | 0,86 | " | 336 | 1033 | | Rb | 1,50 | " | 312 | 969 | | Cs | 1,90 | " | 301,5 | 981 | | |
Температури плавлення і кипіння для металів ІА-підгрупи низькі, вони зменшуються по групі згори униз, а густини, навпаки, збільшуються. Це пояснюється так. Валентні електрони надзвичайно тонким шаром розподіляються по позитивно заряджених йонах s-металів, параметри кристалічних комірок зростають (завдяки збільшенню радіусів атомів) із зростанням порядкового номера, що призводить по послабшення хімічних зв'язків. Це й зумовлює зменшення температур плавлення. Однак поряд із зростанням радіусів збільшується й маса атомів. У калію відбувається різке збільшення радіуса порівняно з натрієм (за рахунок появи d-підрівня), тому вплив об'єму переважає над впливом маси, що приводить до зниження густини порівняно з натрієм (табл.1). Хімічний аналіз лужних металів проводять за допомогою метода пламеневої фотометрії, оскільки їх пари інтенсивно забарвлені: літію - у червоний колір, натрію - у жовтий, калію - у фіолетовий, рубідію - у фіолетово-рожевий, цезію - у блакитний. В атмосфері водню пари натрію мають фіолетове забарвлення, калію - блакитнувато-зелене, а у рубідію та цезію, навпаки, - зеленувато-блакитне. Лужні метали дуже м'які, пластичні, легко ріжуться ножем, тому їх неможливо використовувати як конструкційні матеріали, але літій і натрій застосовуються у сплавах з іншими металами. 2.1.3 Хімічні властивостіХімічні властивості лужних металів визначаються будовою їх атомів і енергетичними характеристиками (табл.2).Низькі значення перших потенціалів йонізації, великі ефективні радіуси атомів, які різко зменшуються при утворенні з нейтральних атомів позитивно заряджених йонів, - все це сприяє зростанню хімічної активності у міру збільшення порядкового номера. У хімічних реакціях атоми лужних металів виявляють сильні відновні властивості, вони легко втрачають валентні електрони, перетворюючись на позитивно заряджені йони - катіони:Mе0 - з Mе+.Таблиця 2 - Енергетичні характеристики лужних металів|
Метал | Заряд ядра | Електронна формула | Радіус атома, нм | Радіус йона, нм | Потенціал йонізації, В | Электро-негативність | Електродний потенціал, В | | Li | 3 | 1s22s1 | 0,155 | 0,078 | 5,37 | 0,98 | -3,02 | | Na | 11 | 2s22p63s1 | 0,189 | 0,098 | 5,12 | 0,93 | -2,71 | | K | 19 | 3s23p64s1 | 0,236 | 0,133 | 4,32 | 0,82 | -2,92 | | Rb | 37 | 4s24p65s1 | 0,248 | 0,149 | 4, 19 | 0,82 | -2,93 | | Cs | 55 | 5s25p66s1 | 0,268 | 0,165 | 3,86 | 0,79 | -2,93 | | |
Відношення до води. Літій з водою взаємодіє досить повільно, натрій - вже енергійно, цезій - з вибухом відповідно до загальної схеми (символом Ме позначений лужний метал): 2 Ме + 2Н2О 2МеОН + Н2. Внаслідок реакції виділяється водень і утворюються сильні основи - луги. Взаємодія з елементарними окисниками. Завдяки великій відновній активності лужні метали взаємодіть із більшістю елементів, утворюючи бінарні сполуки, в яких неметали виявляють негативні ступені окиснення, найчастіше - мінімальні. Відносно до лужних металів всі елементи з високими електронегативностями є окисниками, в тому числі й водень. Реакції лужних металів з елементарними окисниками можуть проходити при нагріванні чи за звичайних умов - залежно від активності як металу, так і окисника. З киснем тільки літій окиснюється до оксиду, решта лужних металів дає пероксиди (в яких ступінь окисненя Оксигену дорівнює -1) чи супероксиди (в старій номенклатурі - надпероксиди, в яких О-1/ 2) 4Li + O2 2Li2O; 2 Na + O2 Na2O2; K + O2 KO2 (або K2O4). Доречно згадати, що оксиди калію та натрію можуть бути одержані тільки при нагріванні суміші пероксиду з надлишком металу при повній відсутності кисню: Na2O2 + 2Na 2 Na2O. З воднем лужні метали утворюють гідриди 2Li + H2 2LiH; з азотом - нітриди; при кімнатній температурі у реакцію вступає літій, решта лужних металів - при нагріванні 6Mе + 3N2 2Mе3N; з галогенами - галіти 2Mе + Hal2 2MеHal, де Hal - F, Cl, Br, I; з фосфором - фосфіди 3Mе + P Mе3P; з сіркою та її аналогами (Se, Te) у розплавленому стані чи при нагріванні - халькогеніди 2Mе + S Mе2S; з графітом - карбіди 2Mе + 2C Mе2C2; з кремнієм - силіциди 4Mе + Si Mе4Si. Крім того, лужні метали здатні енергійно, з виділенням теплоти розчинятися у ртуті, утворюючи амальгами змінного складу, які використовують як м'які, але сильні окисники. Відношення до кислот. Взаємодія всіх лужних металів з кислотами супроводжується вибухом, тому спеціально такі реакції не проводять. Однак корисно знати, які продукти утворюються внаслідок таких реакцій, якщо за якихось причин їх все ж таки необхідно буде здійснити. Взаємодія з неокислювальними кислотами (розведена сірчана H2SO4, галогеноводневі HF, HCl, HBr, HI, фосфорна H3PO4, оцтова CH3COOH та інші слабкі кислоти), в яких окисником завжди є йон Гідрогену Н+ (чи, точніше, гідроксоній-катіон Н3О+) супроводжується виділенням водню та утворенням солі і проходить за загальною схемою: 2Mе + 2HАn MеAn + H2. Взаємодія з окиснювальними кислотами (азотна HNO3, концентрована сірчана H2SO4 та ін), окиснювальна здатність яких зумовлюється не наявністю йона Гідрогену, а властивостями недисоційованих молекул самих кислот чи їх кислотних залишків - аніонів. Особливість дії цих кислот полягає в тому, що вони окиснюють метал без виділення водню. Однак у випадку реакції лужних металів (Li, Na, K) з дуже розведеними розчинами окиснювальних кислот, яка проходить надзвичайно бурхливо, поряд з основними продуктами реакції може виділятися і водень, але це є результатом побічної реакції, тобто взаємодії металу не з кислотою, а з водою, наявною у розчині кислоти. Розглянемо відношення лужних металів до кислот-окисників на прикладі натрію:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|
