- •Билет 18.
- •Общая характеристика. Сера, селен, теллур э.
- •Билет 19.
- •Щелочноземельные металлы, общая характеристика. Особое поведение Be и Mg. Сравнение кислотно-основных свойств гидроксидов. Соли. Важные радиоактивные изотопы 226Ra и 90Sr.
- •Актиноиды и лантаноиды.
- •Билет 20.
- •1). Процессы на катоде. При электролизе расплава соли на катоде выде-ляется металл, а в случае раствора катодный процесс может идти по-разному:
- •2). Процессы на аноде. Следует различать электролиз с инертным анодом (например, из графита или платины) и с растворимым анодом:
- •Билет 21
- •Взаимодействие металла с кислородом, галогенами, серой, растворами цианидов, кислот-окислителей.
- •Необычные степени окисления элементов.
Билет 19.
-
Щелочноземельные металлы, общая характеристика. Особое поведение Be и Mg. Сравнение кислотно-основных свойств гидроксидов. Соли. Важные радиоактивные изотопы 226Ra и 90Sr.
Радиус атомов щелочных металлов rмет возрастает при движении вниз по группе, это характерно для элементов всех главных групп. Относительно малое увеличение радиуса при переходе от калия к рубидию и далее к цезию связано с заполнением 3d- и 4d-подуровней соответственно. Это приводит к уменьшению экранирования ядра и увеличению его эффективного заряда.
Ионные радиусы щелочных металлов существенно меньше металлических, что связано с потерей единственного валентного электрона. Они также закономерно возрастают от Li+ к Cs+. Размеры же гидратированных катионов изменяются в противоположном направлении, что объясняется в рамках простейшей электростатической модели. Наименьший по размеру ион Li+ сильнее других притягивает к себе полярные молекулы воды, образуя наибольшую гидратную оболочку.
Единственный электрон на внешнем энергетическом уровне атома щелочного металла слабо связан с ядром, это подтверждают низкие значения энергии ионизации I1. Атомы щелочных металлов легко ионизируются с образованием ионов М+, входящих в состав большинства химических соединений этих элементов. Значения I2 для всех щелочных металлов настолько высоки, что в реально осуществимых условиях ион М2+ не образуется.
Электроотрицательность щелочных элементов мала, их соединения с наиболее электроотрицательными элементами (галогениды, нитриды и т.п.) являются ионными, во всяком случае, в кристаллическом состоянии.
Небольшой ионный радиус и высокая плотность заряда, характерные для иона Li+, приводят к тому, что соединения лития оказываются близкими по свойствам однотипным соединениям магния (диагональное сходство) и в то же время отличаются от соединений других щелочных металлов.
Все металлы первой группы — сильные восстановители, поэтому их получение требует высоких энергетических затрат.
Обнаружение щелочных металлов. Атомы, находящиеся в состоянии одноатомного пара, при тепловом воздействии переходят в возбужденное состояние: валентный электрон с s-подуровня переходит на р- или d-подуровень. Такое состояние крайне неустойчиво, и атом возвращается в основное состояние, испуская квант света определенной длины волны. Если его энергия оказывается в видимой части спектра и имеет высокую интенсивность, этот переход приводит к появлению окраски.
Соли натрия окрашивают пламя в характерный желтый цвет. Другие щелочные металлы также легко обнаружить по окрашиванию пламени: литий окрашивает пламя в карминово-красный цвет, калий — в фиолетовый, рубидий и цезий — в розово-фиолетовый. Следует, однако, иметь в виду, что в присутствии натрия их окраска незаметна.
Физические свойства.
В свободном виде элементы первой группы представляют собой легкоплавкие серебристо-белые (литий, натрий, калий, рубидий) или золотисто-желтые (цезий) металлы, обладающие высокой мягкостью и пластичностью.
Химические свойства.
Все металлы первой группы химически очень активны, что обусловлено низкими значениями энергий атомизации и ионизации. Значения стандартных электродных потенциалов Е°(М+/М) отрицательные. Вниз по группе разность суммарных значений энергий процессов атомизации, ионизации и гидратации нивелируется, что приводит к равенству потенциалов Е°(М+/М) в растворе для лития и цезия.
Все щелочные металлы взаимодействуют с водой, выделяя водород:
2М(тв.) + 2Н20 = 2М+(Р.) + 2OН-(р.) + Н2(г.)
Все щелочные металлы легко окисляются кислородом, галогенами, а при нагревании взаимодействуют с водородом, серой, фосфором. С азотом легко реагирует лишь литий. Хотя эта реакция медленно протекает даже при комнатной температуре, обычно ее проводят при 350 °С.
При нагревании лития или натрия с углем или ацетиленом образуются ацетилениды М2С2. Калий, рубидий и цезий карбидов не образуют, однако способны внедряться между слоями графита, образуя соединения включения типа СnМ (n = 8, 24, 36, 48, 60).
Сплавы щелочных металлов со ртутью называют амальгамами. Амальгама натрия (жидкая при малом содержании Na) — удобный восстановитель при проведении синтеза в водном растворе, так как она довольно медленно и спокойно разлагается водой.
Щелочные металлы прекрасно растворяются в жидком аммиаке с образованием окрашенных растворов, цвет которых зависит от концентрации.
Щелочные металлы могут восстанавливать другие металлы из их оксидов и галогенидов. Взаимодействие хлорида алюминия с натрием:
AlCl3 + 3Na = Al + 3NaCl
использовалось еще в XIX в. для получения алюминия.
Щелочные металлы активно реагируют с кислотами, но так как эти реакции протекают очень бурно, то они не имеют практического значения, поскольку соответствующие соли гораздо проще получать нейтрализацией гидроксидов.
Бериллий — один из самых легких металлов, диамагнетик, имеет высокую теплопроводность и высокую температуру плавления (1289 °С), устойчив к окислению на воздухе, характеризуется низким сечением захвата нейтронов. Благодаря этому бериллий и сплавы на его основе (бериллиевые бронзы) применяют в самолето- и ракетостроении, ядерной энергетике, при производстве рентгеновских трубок и т.д.
Важное практическое значение имеют магний и в первую очередь его сплавы с алюминием и некоторыми редкоземельными металлами. Присутствие магния придает материалам большую механическую прочность и устойчивость к коррозии и в то же время «легкость» (плотность магния 1,74 г/см3), поэтому магний- алюминиевые сплавы (магналий, электрон и др.) используются для изготовления деталей в самолето- и автомобилестроении, различных инструментов.
Порошок магния используется в сигнальных ракетах, а некоторые его соединения —жженая магнезия MgO или горькая соль MgS04 • 7Н20 находят применение в медицине.
Соли.
Большинство солей элементов первой группы хорошо растворимы в воде, но (за исключением солей лития) практически нерастворимы в неводных растворителях.
Одной из причин низкой растворимости этих солей является высокая энергия кристаллической решетки, что достигается при структурном соответствии (близости размеров) катиона и аниона.
Термическая устойчивость солей кислородных кислот (карбонатов, сульфатов, фосфатов) возрастает вниз по подгруппе, изменяясь симбатно росту радиуса и усилению степени ионности связи.