Химические свойства s-элементов

Основные физико-химические свойства металлов

Металл	Li	Na	K	Rb	Cs	Fr
Тип кристаллической решётки	Кубическая объёмноцентрированная
Плотность, r, г/см^3	0,534	0,971	0,862	1,532	1,873	2,44
Температура плавления, ^ОС	180,69	97,96	63,8	39,2	28,55	27,0
Стандартный электродный потенциал, Е^0, В	-3,045	-2,714	-2,925	-2,925	-2,923	–

Специфической (качественной) характеристикой s-элементов является способность окрашивать пламя в разные цвета:

Li	Na	K	Rb	Cs	Ca	Ba	Sr
красный	жёлтый	фиолетовый	голубой	синий	кирпично-красный	зелёный	карминово-красный

Щелочные и щелочноземельные металлы обычно хранят под парафином или слоем керосина, чтобы предотвратить контакт с кислородом и парами воды. Свежий срез этих металлов вначале блестит, затем быстро тускнеет на воздухе, а рубидий и цезий самовоспламеняются.

1. Взаимодействие с кислородом – приводит к образованию различных соединений, в зависимости от природы металла и от условий реакции:

4 Li_(т) + О_2(г) → 2Li₂О_(т) – оксид лития;

2Na_(т) + О_2(г) → Na₂О_2(т) – пероксид натрия (содержит диамагнитный
ион О₂^2– );

при увеличении давления и температуры образуется

Na_(т) + О_2(г) → NaО_2(т) – супероксид натрия (содержит парамагнитный ион О₂^– );

хотя при соответствующих условиях могут быть получены все виды кислородных соединений для каждого из металлов, склонность к образованию пероксидов и супероксидов возрастает вниз по группе, с увеличением стабилизации анионов О₂^2– и О₂^– при увеличении радиусов катионов.

Оксиды Ca, Sr, Ba образуются прямым взаимодействием металлов с кислородом; пероксид бария получают при температуре 900 К, пероксид стронция – при температуре 620 К;

Полное окисление бериллия и магния имеет место, если поджечь металлическую стружку в кислороде – Be или на воздухе – Mg.

2. Взаимодействие с другими окислителями – фтором, бромом, хлором, иодом, серой, углеродом, азотом и др. – протекает легко, прямым путём.

Литий по многим химическим свойствам не является типичным щелочным металлом и проявляет диагональное сходство в Периодической Системе с магнием. Ион Li⁺ очень мал и обладает сильным поляризующим действием. Увеличение заряда при переходе от Li⁺ к Mg²⁺ эффективно компенсируется увеличением размера иона, обусловливая аналогию химических свойств. Литий и магний более сильно гидратированы в водных растворах, чем их более тяжёлые и крупные аналоги.

Бериллий по своим свойствам также существенно отличается от остальных элементов IIA – группы в силу его склонности образовывать ковалентные соединения. Он проявляет диагональное сходство с алюминием – пассивируется на воздухе, их оксиды и гидроксиды не растворимы в воде и проявляют амфотерный характер. Определяющим фактором аномального поведения бериллия также является высокая плотность заряда иона Be²⁺ и егосильное поляризующее действие. Вследствие этого, соединения
бериллия проявляют частично ионный характер, либо содержат сольватированные ионы (за счёт донорно-акцепторных связей). В водном растворе гидратированные ионы бериллия легко теряют протон, образуя [Be(H₂O)₄]²⁺ → [Be(H₂O)₃(ОН)]⁺ + Н⁺, однако процесс на этом не останавливается: в растворе имеются частицы различного состава.

3. Взаимодействие с водой щелочных и щелочноземельных металлов протекает энергично с выделением водорода. Так как литий, натрий и калий легче воды – взаимодействие протекает на поверхности, и в случае калия сопровождается возгоранием водорода. Эта реакция идёт по радикальному цепному механизму со взрывом. В случае рубидия и цезия реакция протекает в объёме жидкости и возгорание водорода сопровождается мощным взрывом:

2Na_(т) + Н₂О_(ж) → NaОН(в) + Н_2­

Ca_(т) +2Н₂О_(ж) → Ca(ОН)₂(в) + Н_2­

Результатом взаимодействия s-элементов с водой является образование растворимых в воде сильных оснований – щелочей.

Бериллий практически не растворяется в воде, но растворяется в ней присутствии щелочей и в водных растворах кислот:

Be_(т) + 2NaОН(в) + 2Н₂О_(ж) → Na₂[Be(ОН)₄] (в) + Н_2­

4. Вследствие малого поляризующего действия, обусловленного устойчивой электронной структурой, большими размерами ионов и малым зарядом ядра, комплексообразование для ионов щелочных металлов малохарактерно. Тем не менее, они способны образовывать комплексные соединения с некоторыми биолигандами.

Дата добавления: 2015-05-09