Химия s-элементов

Исходя из современной квантово-механической интерпретации периодической системы, классификация химических элементов производится в соответствии с их электронной конфигурацией. Она основана на характере заполнения орбиталей электронами. В соответствии с этим принципом все элементы делятся на s-, p-, d- и f - блоки или семейства. Элементы с одинаковым электронным строением внешнего энергетического уровня называются электронными аналогами. Общность электронного строения обуславливает общность их свойств. Электронными аналогами являются элементы, относящиеся к одной подгруппе. Элементы второго периода являются неполными электронными аналогами в своих подгруппах, так как не содержат валентных d-орбиталей.

К s-блоку относятся химические элементы с электронной формулой ns^x, где х = 1, 2. Различают s¹-элементы (щелочные металлы и водород) и s²-элементы (Be, Mg, щелочноземельные металлы и гелий).

Таблица 1

Физико-химические характеристики s¹-элементов

	Li	Na	K	Rb	Cs	Fr
Строение внешнего слоя	2S^1	3S^1	4S^1	5S^1	6S^1	7S^1
Энергия ионизации, ЭВ	5,39	5,14	4,34	4,18	3,89	3,98
Сродство к электрону, эВ	0,591	0,54	0,47	0,42	0,39	-
Относительная ЭО	0,97	1,01	0,91	0,89	0,86	0,86
R, нм	0,155	0,190	0,235	0,248	0,267	0,280
Rион, нм	0,076	0,102	0,138	0,152	0,167	0,175
Содержание в организме, %	10‾^4	0,15	0,35	10‾^5	1·10‾^4	?
Содержание в коре, %	6,5·10‾^3	2,64	2,00	3·10‾^2	7·10‾^4	?

Элементы s-блока являются металлами (исключение составляют H и He). Самыми активными из них являются щелочные металлы, легко отдающие валентный электрон и превращающиеся в устойчивые однозарядные катионы:

Me – ē → Me⁺.

Их высокая металличность обусловлена большими атомными радиусами и лишь одним валентным электроном на внешнем уровне.

s²-Элементы уступают им по металличности, так как имеют меньшие радиусы и большее число валентных электронов. В подгруппах s-элементов сверху вниз металличность атомов усиливается, что обусловлено увеличением атомных радиусов и уменьшением энергии ионизации.

В своих соединениях s-металлы проявляют степени окисления +1 (щелочные) и +2 (Be, Mg и щелочноземельные металлы). К их важнейшим соединениям относятся:

• оксиды Me₂O и MeO,

• гидроксиды MeOH и Me(OH)₂,

• гидриды MeH и MeH₂

• соли

Оксиды и гидроксиды s-металлов имеют основной характер, усиливающий с ростом металличности элементов:

LiOH, NaOH, KOH, CsOH, FrOH

увеличение основности

NaOH Mg(OH)₂

уменьшение основности

Гидриды s-металлов – это твердые солеподобные вещества ионного типа, легко разлагающиеся водой и кислотами:

MgH₂ + 2 H₂O → Mg(OH)₂ + 2 H₂

MgH₂ + 2 HCl → MgCl₂ + 2 H₂

Особое положение среди s-элементов занимает водород. Согласно современным представлениям, водород с электронной конфигурацией 1s¹ нельзя отнести к какой-либо группе; его следует считать просто первым элементом периодической системы.

К важнейшим биогенным элементам s-блока, кроме H, относятся Na, K, Ca и Mg. Все они являются макроэлементами. К высокотоксичным элементам относится барий. Например, высшей летальной дозой BaCl₂ является 1 г на 70 кг массы тела человека.