N P As Sb Bi 3 страница

Лишённый защитного слоя (например, методом амальгамирования) алюминий легко взаимодействует с водой: 2А1 + 6Н20 = 2А1(ОН)3 + ЗН2.

При обычных условиях алюминий растворяется в растворах кислот и щелочей:

2Аl + 6HCl = 2А1Сl3 + ЗН2

2Al + 2КОН + 6Н20 = 2K[Al(OH)4] + ЗН2.

Важным свойством алюминия является его инертность по отношению к концентрированным кислотам-окислителям HNO3 и H2SO4 на холоду. Это объясняется тем, что подобные кислородсодержащие вещества увеличивают толщину и прочность оксидной плёнки и усиливают склонность алюминия к пассивации. Металлический алюминий образует сплавы с большинством известных металлов и неметаллов (например, Si). Многие сплавы на основе алюминия, например, дюралюминий, силумин, алюминиевая бронза имеют широкое практическое применение в самолётостроении и кораблестроении. Гидрид алюминия имеет полимерное строение (АlН3)n и представляет собой порошок белого цвета. При температуре выше 105°С он разлагается с выделением водорода. Подробно гидридам бора, гидрид алюминия - соединение с дефицитом электронов на р-орбитали, поэтому для восполнения этого дефицита он образует гидридоалюминаты:

nNaH + (АlН3)n = nNa[AlH4]

2NaH + Na[AlH4] = Na3[AlH6].

Гидридоалюминаты представляют собой белые твёрдые вещества. Они являются сильными восстановителями, поскольку водород, входящий в состав комплексного аниона, имеет степень окисления 1. Гидридоалюминаты, как и гидридобораты, широко применяются в органическом синтезе как восстановители. Оксид алюминия Аl2O3 образуется самопроизвольно на поверхности металла. Его можно также синтезировать путём термического разложения некоторых соединений алюминия, например, нитрата или гидроксида:

4Al(NO3)3 = 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O.

Оксид Аl2О3 имеет несколько модификаций. В земной коре встречается наиболее устойчивая кристатлическая модификация а-Аl2О3 в виде минерала корунда. Искусственно получаемый из бокситов сильно прокатенный Аl2О3, называемый алундом, широко используется как огнеупорный материал. Оксид алюминия Аl2О3, прошедший высокотемпературную обработку, химически инертен. Непрокаленный оксид алюминия растворяется в кислотах с образованием солей, катион Аl в которых существует в форме аквакомплекса [A1(H20)6]3+: Аl2О3 + 6НСl = 2АlСl3 + ЗН20.

В растворах щелочей оксид алюминия растворяется с образованием гидроксокомплексов [А1(ОН)4]- или [А1(ОН)6]3-: Аl203 + 3H20 + 2NaOH = 2Na[Al(OH)4].

В расплавах щелочей образуются метаалюминаты Аl02-: Al2O3 + 2NaOH = 2NaAl02 + Н20.

Метаалюминаты щелочных металлов устойчивы только в твёрдом состоянии, при растворении в воде они превращаются в гидроксоалюминаты:

NaAl02 + 2Н20 = Na[AI(OH)4].

Метаалюминаты можно получить при спекании карбонатов с оксидом алюминия:

А1203 + Na2C03 = 2NaA102 + C02.

Гидроксид алюминия А1(ОН)3 получают при взаимодействии солей алюминия со щёлочью или раствором аммиака:

АlСl3 + 3NaOH = Аl(ОН)3 + 3NaCl

AlCl3 + 3NH3 + ЗН20 = 3NH4Cl + Аl(ОН)3.

Растворимые соли Аl3+ подвергаются сильному гидролизу, поэтому их растворы имеют кислую реакцию: Аl(Н20)63+ + Н20 = [Аl(Н20)5ОН]2+ + Н30+.

Из-за сильного гидролиза многие соли алюминия, такие, как сульфид (Al2S3), сульфит Al2(S03)3, карбонат Аl2(С03)3 и цианид Al(CN)3 нельзя получить в водном растворе:

Al2S3 + 6Н20 = 2Аl(ОН)3 + 3H2S.

Человеческий организм содержит микроколичества А1 (~1e-5%). Суточное потребление алюминия человеком ~47 мг. Алюминий влияет на рост эпителиальной и соединительной тканей, на регенерацию костных тканей, на обмен фосфора. Соли алюминия, в частности алюмокалиевые квасцы, KAl(S04)2*12H2O, применяют в медицине для полосканий, промываний при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек, а также как кровеостанавливающее средство. Жженые квасцы K[AI(S04)2] используют в виде присыпок при потливости ног. Осушающее действие связано с тем, что жжeные квасцы медленно поглощают воду:

K[Al(SO4)2] + nH20 = KAl(S04)2*nH20.

Они также дезинфицируют кожу, разрушая белки микробов, в результате исчезает неприятный запах, который создают продукты жизнедеятельности микроорганизмов, питательной средой для которых является пот.

28. Во IIА группу входят бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Са), стронций (Sr), барий (Ва), и радиоактивный радий (Ra). Кальций, стронций и барий объединяются в группу щелочноземельных элементов. Электронная конфигурация внешней орбитали элементов II А группы ns2. В соединениях они проявллют степень окисления +2. Элементы II А группы обладают металлическими свойствами. В виде простых веществ они представляют собой серебристо-белые металлы. Стандартные электродные потенциалы металлов IIА группы имеют отрицательные значения, что свидетельствует об их высокой восстановительной способности, которая закономерно возрастает с увеличением радиуса элементов. Металлы IIА группы окисляются на воздухе, образуя оксиды: 2Э + 02 = 2ЭО; взаимодействуют с галогенами даже в обычных условиях: Э + Наl2 = ЭНаl2. С менее активными неметаллами, такими, как азот, углерод, кремний, сера, металлы IIА группы взаимодействуют при нагревании:

ЗЭ + N2 = Э3N2

2Э + 2С = Э2С2

Э + S = 3S.

Все металлы II А группы, за исключением бериллия, взаимодействуют с водой с выделением водорода: Э + 2Н20 = Э(ОН)2 + Н2. С магнием эта реакции идет при нагревании. Реакция бериллия и магния с водой термодинамически возможна и при комнатной температуре, но кинетически она затруднена из-за образования защитной оксидной пленки на поверхности металла. По свойствам и толщине пленка оксида бериллия сходна с Al2O3. Защитные свойства пленки MgO выражены слабее. Металлы IIA группы легко растворяются даже в разбавленных кислотах (соляной, серной, уксусной и других), например: Э + 2НСl = ЭСl2 + Н2.

Бериллий, проявляя амфотерность, растворяется и в щелочах: Be + 2NaOH + 2H20 = Na2[Be(OH)4] + H2.

Оксиды элементов II А группы получаются при непосредственном взаимодействии металлов с кислородом, а также при термическом разложении гидроксидов, карбонатов, нитратов:

Э(ОН)2 = ЭО + Н20

ЭС03 = ЭО + С02

2Э(N03)2 = 2Э0 + 4N02 + 02.

Оксиды ЭО представляют собой устойчивые тугоплавкие вещества. Все оксиды ЭО, за исключением оксида бериллия, обладают основными свойствами. Оксиды щелочноземельных металлов взаимодействуют с водой, образуя сильные основания, хорошо растворимые в воде и называемые щелочами: ЭО + Н20 = Э(ОН)2.

Оксид магния MgO при комнатной температуре реагирует с водой медленно, давая слабое основание, малорастворимое в воде. Оксид бериллия ВеО амфотерен с преобладанием основных свойств. Предварительно прокаленный оксид бериллия химически инертен, поэтому его используют в качестве огнеупорного материала при изготовлении реактивных двигателей, тиглей, а также в электротехнике. В ряду гидроксидов элементов IIA группы основные свойства усиливаются в подгруппе сверху вниз. Гидроксид бериллия амфотерен и легко растворяется в кислотах и щелочах. Растворимость солей щелочноземельных металлов ниже, чем у солей магния. По этой причине в живых организмах основным веществом костной и зубной тканей является гидроксоапатит, состоящий из ионов кальция и фосфат-ионов. В ряду Be - Mg - Са - Sr - Ва прочность комплексных ионов уменьшается. Способность бериллия образовывать более прочные комплексы проявляется в том, что он образует множество комплексных соединений со всеми известными лигандами, например: [Ве(NНз)4]2+; [BeF4]2+; [Be(CN)4]2+; [Be(CNS)4]2+; [Be(N03)4]2+ и другие. Бериллий в отличие от щелочно-земельных металлов - твёрдый и хрупкий. На воздухе бериллий, подобно алюминию, покрывается плёнкой оксида, который делает этот металл химически неактивным. При обычных условиях или при небольшом нагревании бериллий реагирует с галогенами: Be + Г2 = ВеГ2. При нагревании бериллий сгорает на воздухе с образованием оксида ВеО, реагирует с серой и азотом с образованием сульфида BeS и нитрида Вe3N2, соответственно. С водородом металл непосредственно не реагирует. Защитная оксидная плёнка делает бериллий даже при нагревании инертным по отношению к воде. Однако он легко растворяется в разбавленных кислотах, например,

НСl, СН3СООН, H2S04: Be + 2HCl = BeCl2 + H2.

В водных растворах ион Be2+ существует в виде аквакомплекса [Ве(Н20)4]2+. С разбавленной азотной кислотой Be реагирует только при нагревании, а в концентрированной азотной и серной кислотах пассивируется. С разбавленными растворами щелочей при нагревании бериллий образует гидроксобериллаты: Be + 2NaOH + 2H20 = Na2[Be(OH)4] + Н2.

Со многими металлами бериллий при сплавлении образует интерметаллические соединения - бериллиды. Соединения d-металлов МеВе12 (Me = Ti, Nb, Та, Mo); MeBe11 (Me = Nb, Та) имеют очень высокие температуры плавления и обладают повышенной жаростойкостью. Металлический бериллий получают восстановлением его фторидов магнием: BeF2 + Mg = MgF2 + Be (порошок), либо электролизом расплава

ВеСl2: ВеСl2 = Сl2 + Be.

Бериллий применяют в атомной технике (отражатели, замедлители и источники нейтронов), в авиации и ракетной технике. Широко известны его сплавы - бериллиевые бронзы (до 2,5 мас% Be), которые обладают уникальной упругостью и поэтому используются при изготовления практически «вечных» пружин. Широкому использованию бериллия мешает высокая стоимость и токсичность его соединений. Гидрид ВеН2 можно получить только косвенным путем, например, при взаимодействии хлорида бериллия и гидрида лития в эфирном растворе: ВеСl2 + 2LiH = ВеН2 + 2LiCl или при разложении бериллоорганических соединений. Гидрид представляет собой полимер состава (ВеН2)n так же, как и гидрид алюминия. Гидрид бериллия является сильным восстановителем. Он разлагается водой с выделением водорода: ВеН2 + Н20 = Be(OH)2 + Н2.

Оксид ВеО белое твёрдое тугоплавкое вещество (Тпл = 2470°С). Его можно получить не только прямым взаимодействием бериллия с кислородом, но и термическим разложением гидроксида, сульфата, нитрата или основного карбоната бериллия:

Ве(ОН)2 = ВеО + Н20

BeS04 = 2ВеО + 2S02 + 02

2Be(N03)2 = 2ВеО + 4N02 + 02

(ВеОН)2С03 = 2ВеО + Н20 + СО2.

По своим свойствам предварительно прокаленный ВеО сходен с оксидом алюминия (проявление диагонального сходства в периодической системе). Так же, как Аl203 он химически инертен, хотя обладает более высокой энергией Гиббса образования. Из-за инертности он реагирует только с расплавами щелочей, гидросульфатов щелочных металлов, с кислотными и основными оксидами:

ВеО + 2КОН = К2Ве02 + Н20

ВеО + 2KHS04 = BeS04 + K2S04 + H20

ВеО + Si02 = BeSi03

ВеО + MgO = MgBe02.

Низкотемпературная модификация ВеО (не прошедшая термообработку) при нагревании реагирует с растворами кислот и щелочей:

ВеО + 2НСl = ВеСl + Н20

ВеО + Н20 + 2NaOH = Na2[Be(OH)n].

Гидроксид Ве(ОН)2 малорастворим в воде и образует белую студенистую массу при осаждении из растворов солей Be2+ щелочами или раствором аммиака: BeS04 + 2NH3*H20 = Be(OH)2 + (NH4)2SO4. При стоянии или при нагревании гидроксид быстро "стареет", что приводит к понижению его растворимости и уменьшению реакционной способности. В кислотах гидроксид бериллия легко растворяется: Ве(ОН)2 + 2НСl = BeCl2 + 2Н20.

Магний относится к числу распространённых элементов (1,4 мас%). Он встречается в виде силикатов Mg2Si04 - оливин, хлоридов, карбонатов и сульфатов, например, карналлита KCl*MgCl2*6H20, доломита MgCO3*СаС03. Много магния содержится в природных водах. Кальций по распространённости в земной коре занимает третье место (1,5 мас.%). Содержание стронция и бария намного меньше: Sr - 8e-3 мас.%; Ва - 8e-12 мас.%. Эти элементы содержатся в силикатных породах, а также встречаются в виде карбонатов СаСОз (кальцит), сульфатов CaS04 (ангидрит), SrS04 (целестин), BaS04 (тяжёлый шпат), фторидов CaF2 (флюорит). Радий содержится в урановых рудах как продукт радиоактивного распада урана. В свободном состоянии Mg, Ca, Sr и Ва представляют собой блестящие серебристо-белые металлы, которые на воздухе окисляются и тускнеют. Магний сравнительно мягкий и пластичный металл, кальций обладает наибольшей среди всех твёрдостью, стронций и барий немного мягче. Химическая активность металлов очень высокая и возрастает от магния к щелочноземельным металлам и радию. Некоторая химическая инертность магния связана с образованием на его поверхности плотного слоя оксида, который препятствует протеканию процессов. Магний при нагревании сгорает на воздухе ослепительно белым пламенем:

2Mg + 02 = 2MgO, при этом частично образуется нитрид магния: 3Mg + N2 = Mg3N2.

Магний взаимодействует с галогенами, окисляется при нагревании серой с образованием галогенидов и сульфида, соответственно:

Mg + Г2 = MgГ2

Mg + S = MgS.

С водородом магний непосредственно не реагирует. Щелочноземельные металлы Ca, Sr и Ва окисляются кислородом и галогенами уже при обычных условиях. При небольшом нагревании протекают реакции этих металлов и с водородом: Э + Н2 - ЭН2; с азотом: 3Э + N2 = Э3N2; а также с углеродом и кремнием: 2Mg + Si = Mg2Si, 2Mg + C = Mg2C.

Радий реагирует с кислородом, азотом и галогенами при обычных условиях. Магний, как и другие рассматриваемые металлы, стоит в ряду стандартных электродных потенциалов намного левее водорода, однако малорастворимый оксид, который формируется на поверхности металла, затрудняет его взаимодействие с водой. Оно начинается только при кипячении и протекает медленно: Mg + 2Н20 = Mg(OH)2 + Н2.

В отличие от магния щелочноземельные металлы быстро растворяются в воде с образованием сильных гндроксидов, щелочей, например: Са + 2Н20 = Са(ОН)2 + Н2.

Магний, щелочноземельные металлы и радий взаимодействуют с разбавленными кислотами: Э + H2S04 = ЭS04 + H2.

Химическая активность металлов в этих реакциях заметно возрастает вниз по группе. Концентрированная серная кислота пассивирует магний. С азотной кислотой высокой концентрации металлы от Mg до Ва реагируют преимущественно с образованием оксида N20, а сильно разбавленная кислота восстанавливается до NH4+, например:

4Mg + 10HNO3 = N20 + 4Mg(N03)2 + 5H20

4Са + 10HNO3 = NH4NO3 + 4Ca(N03)2+ 3H20.

Металлический радий реагирует с кислотами ещё более активно, чем его соседи по IIА группе. Из-за высокой химической активности металлы подгруппы кальция хранят под керосином в запаянных сосудах. Гидрид магния MgH2, представляющий собой полимер со слоистой структурой, синтезируется так же, как ВеН2. Термически он более устойчив, чем ВеН2, водой не разлагается. Гидриды щелочноземельных металлов получают прямым взаимодействием металла и водорода при нагревании: Са + Н2 = СаН2.

Эти соединения активно разлагаются водой: СаН2 + 2Н20 = Са(ОН)2 + 2Н2 и обладают сильными восстановительными свойствами: СаН2 + 2Сl2 = СаСl2 + 2НСl.

Оксиды магния и металлов подгруппы кальция ЭО - кристаллические вещества с высокими температурами плавления, получаемые прямым синтезом из простых веществ. В лабораторной практике эти соединения обычно получают термическим разложением карбонатов или нитратов:

MgC03 = MgO + C02

2Ba(N03)2 = 2BaO + 4N02 + 02.

Оксиды ЭО - химически активные вещества, растворяющиеся в воде с образованием соответствующих гидроксидов. Реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты:

MgO + Н20 = Mg(OH)2

СаО + Н20 = Са(ОН)2.

В отличие от амфотерного оксида ВеО, оксиды Mg, Са, Sr и Ва имеют выраженный основной характер. Они взаимодействуют с кислотными оксидами, например: ЭО + Si02 = 3Si03 и хорошо растворяются в кислотах: Э0 + 2НСl = ЭСl2 + Н2О.

Гидроксиды Э(OH)2 подобно оксидам проявляют только основные свойства. Гидроксид магния относится к основаниям средней силы, а гидроксиды щелочноземельных металлов нацело диссоциируют по первой ступени даже в не очень разбавленных растворах, проявляя свойства сильных оснований. Наличие в воде солей кальция и магния обусловливает её жёсткость. Различают жёсткость временную и постоянную. Временную жесткость придают воде гидрокарбонаты, а постоянную - сульфаты и хлориды кальция и магния. От временной жёсткости можно избавиться кипячением воды, при этом растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты, которые выпадают в осадок: Са(НС03)2 = СаСО3 + С02 + Н20.

Для избавления от постоянной жёсткости в воду добавляют реагенты, в состав которых входят анионы СО3 и ОН. Это приводит к образованию малорастворимых соединений, которые можно удалить фильтрованием. Более современные способы избавления от жесткости состоят в добавлении к воде соединений, называемых «комплексонами», которые связывают ионы Са2+, Mg2+ и Fe2+ в прочные комплексные соединения, не образующие осадков, или в "деминерализации" воды с помощью ионнообменных смол. Магнии получают электролизом расплава MgCl: MgCl2 = Mg + Cl2 или металлотермическим и углетермическим методами. В первом случае из прокаленного доломита CaO*MgO магний восстанавливают ферросилицием или алюминием в электропечах: 2MgO + Si = Si02 + 2Mg. Во втором - восстановителем служит уголь: MgO + С = СО + Mg.

Кальций получают электролизом расплавленного хлорида, а барий и стронций - из оксидов методом алюмотермии: ЗЭО + 2Аl = Аl203 + ЗЭ.

В настоящее время из-за высокой стоимости технологического процесса радиоактивный радий, используемый в различных научных и промышленных целях, не выделяется из урановых руд, где он находится в виде примеси. Его заменяют искусственно полученными радиоактивными изотопами. Основная область применения магния - производство сверхлегких сплавов, в которых главными легирующими элементами являются Al, Zn и Мn. Эти сплавы получили название "электрон". Они используются в ракетной технике, авиа- и автомобилестроении. Много магния и кальция расходуется для магнийтермического получения Ti, V, Zn, U и других металлов. Широко применяются и соединения щелочноземельных металлов; СаС2 (в производстве ацетилена), СаО (получение хлорной извести), Са(ОН)2, СаСОз, CaS04*2H20 (строительство). Главное применение стронция и бария - газопоглотители электровакуумных приборов. Титанат бария ВаТiO3 применяется в производстве диэлектриков, пьезо- и сегнетоэлектриков. Элементы IIА группы кальций и магний играют важную биологическую роль в жизни живых организмов, так как они во многом определяют процессы обмена веществ (метаболизм). Ионы Mg входят в состав ферментов-катализаторов окислительно-восстановительных и гидролитических реакций. Хлорофилл, вещество необходимое для жизни растений, представляет собой комплексное соединение магния с органическим лигандом-порфирином. Ионы Са участвуют в процессах создания структуры клеточных стенок и контролируют их деятельность. Они регулируют пусковые механизмы процессов жизнедеятельности и участвуют в механизме их физиологического контроля. Соли кальция необходимы для формирования зубов и костей. Концентрация ионов Mg внутри клеток организма человека и животных выше, чем вне клеток, а содержание ионов Са наоборот, выше вне клеток и ниже внутри. Поэтому ионы Са активизируют внеклеточные ферменты, а ионы Mg - внутриклеточные.

29. Атомы элементов первой группы имеют один электрон на внешнем ns-уровне. Щелочные элементы в виде простых веществ представляют собой легкие, легкоплавкие металлы. Температуры плавления и кипения плавно понижаются от Li к Cs. Непрочность кристаллической решетки щелочных металлов обусловлена большим размером атомов и малым числом валентных электронов. Все ns-электроны, принимающие участие в образовании металлической связи, находятся в зоне проводимости, и нет электронов, которые могли бы дополнительно осуществлять ковалентную связь металл-металл. Появление ковалентной составляющей в химической связи приводит к упрочнению кристаллической решетки, а, значит, к повышению температуры плавления плотности и твердости. Слабое межатомное взаимодействие в щелочных металлах обусловливает также их низкую плотность и твердость. Все щелочные металлы очень мягкие. Даже самый твердый из них литий режется ножом. Щелочные металлы имеют отрицательные стандартные электродные потенциалы, большие по абсолютной величине, т.е. являются сильными восстановителями. Их химическая активность закономерно увеличивается с ростом радиуса атома от Li к Cs. Некоторые характеристики элементов 1 А группы Li Na К Rb Cs Свойство

Электронная конфигурация 2s1 3s1 4s1 5s1 6s1

Атомный радиус, нм 0,157 0,192 0,236 0.253 0,274

Ионный радиус, нм 0,076 0,102 0,138 0,152 0,167

Энергия ионизации, кДж/моль 1317 520 496 419 403

Электроотрицательность 0,97 1,01 0,91 0,89 0,86

Степени окисления 0,+1 0,+1 0,+1 0,+1 0,+1

Литий - редкий элемент. Его содержание в земной коре составляет 0,005 мас.%. По распространенности он занимает 29 место. Литий в малых количествах входит в состав каменных углей, почв, морской воды, алюмосиликатов. Промышленным минералом лития является сподумен Li[AlSi2O6]. Литий имеет небольшой размер атома и поэтому его свойства несколько отличаются от свойств других щелочных металлов. Он уступает им по химической активности, хотя значение его стандартного электродного потенциала наиболее отрицательно. Это обусловлено большой энергией гидратацией иона Li. В отсутствие сольватируюших растворителей, например, в расплавах, значение электродного потенциала лития отвечает его меньшей химической активности. Соединения лития по своей химической природе, например, по растворимости, термической устойчивости, похожи на соединения магния, что является проявлением диагонального сходства в периодической системе. Литий - серебристо-белый металл, самый лёгкий среди щелочных металлов. Получают литий обычно при электролизе расплавов галогенидов: 2LiГ = 2Li + Г2. Литий находит применение в металлургии как легирующая добавка при создании новых металлических материалов. Изотоп 6Li является промышленным источником получения трития. Жидкий металлический литий используется как теплоноситель в ядерных реакторах. Фторид и хлорид лития применяются как флюсы (вещества, необходимые для образования шлаков) при производстве многих металлов и сплавов. Среди щелочных металлов Na и К по содержанию в земной коре являются одними из самых распространённых (Na - 2,4 маc.%, К - 2,35 маc.%), а тяжёлые Rb и Cs относятся к редким элементам. Натрий и калий входят в состав всех силикатных пород, таких, как, например, альбит Na2[Al2Si6O16] и ортоклаз K2[Al2Si6016]. Из минералов наиболее важны каменная соль NaCl, мирабилит Na2S04*10Н2О, сильвинит KCl*NaCl, карналлит KCl*MgCl2*6H20.

Для цезия известен минерал поллуцит Cs[AlSi2O6], рубидий часто изоморфно замещает калий в сильвините и карналите. Радиоактивный элемент франций получают искусственно. Все щелочные металлы, кроме франция, входят в состав животных и растительных организмов. Элементы IA группы от Na до Cs, в отсутствии воздуха, серебристо-белые или желтоватые металлы с характерным металлическим блеском. Все они мягкие, имеют высокую пластичность и электропроводность. Натрий и калий легче воды, а цезий и рубидий в два раза тяжелее. Температуры плавления металлов невысокие и уменьшаются по подгруппе. В промышленности щелочные металлы чаще всего получают электролизом расплавов их солей. При получении Na электролитом служит смесь 40% NaCI и 60% СаСl2. На катоде образуется смесь натрия и кальция, из которой при охлаждении расплава сначала кристаллизуется Са, а затем Na. Калий можно получить электролизом смеси К2СО3 и КСl, однако, более чистый металл (99,99%) в промышленности синтезируют по реакции:

Na + KCl = К + NaCl.

Рубидий и цезий получают при электролизе расплавов галогенидов. Металлические Na и К широко используются в металлургии при получении сплавов разных составов. В частности, сплав натрия со свинцом применяется в синтезе тетраэтилсвинца. В металлотермии оба металла используются для восстановления Ti, Та, Zr из их хлоридов. Пероксиды натрия и калия применяются в процессах неогранического н органического синтеза. Рубидий и цезий часто применяются в фотоэлементах и фотоэлектронных умножителях.

30. Гидрид лития LiH получается при взаимодействии водорода с расплавленным металлом. Он наиболее устойчив среди гидридов металлов IA группы. При отсутствии воздуха он плавится без разложения при 690°С. С водой реагирует подобно прочим гидридам: 2LiH + 2H20 = 2LiOH + H2. Подобно магнию, литий при взаимодействии с кислородом образует оксид Li2O - белое кристаллическое вещество с преимущественно ионным типом связи. Он обладает основными свойствами, медленно реагирует с водой, образуя гидроксид лития: Li20 + H20 = 2LiOH.

Растворимость гидроксида лития значительно меньше, чем у гидроксидов других щелочных металлов. Гидроксид лития, подобно гидроксиду магния, при нагревании разлагается на оксид и воду: 2LiOH = Li20 + Н20.

При взаимодействии с кислотными и амфотерными оксидами, а также с кислотами оксид лития и гидроксид лития образуют соли:

Li20 + 2HCI = 2LiCl + Н2O LiOH + HCI = LiCl + H2O

Li20 + С02 = Li2CO3 2LiOH + CO2 = Li2C03 + H2O

Li20 + Al203 = 2LiAlO2 2LiOH + Al203 = 2LiAlO2 + H2O.

Соли лития в своём большинстве растворимы в воде. Нерастворимыми, как и у магния, являются фторид, сульфат и карбонат. Получают LiOH электролизом водного раствора хлорида лития. При нагревании в атмосфере водорода натрий и его соседи по группе образуют гидриды МеН, имеющие характер типичных солей. Все они в химических реакциях проявляют свойства сильных восстановителей. При нагревании гидриды начинают постепенно разлагаться на простые вещества ещё до начала плавления. С водой гидриды реагируют с образованием гидроксидов. Окисление гидридов кислородом воздуха также приводит к получению гидроксидов: 2МеН + O2 = 2МеОН. Щелочные металлы от Na до Cs могут образовывать с кислородом следующие соединения: оксиды Э2О, пероксиды Э2О2, надпероксиды ЭO2, озониды ЭО3. При горении на воздухе натрий образует, в основном, пероксид: 2Na + O2 = Na202, а К, Rb и Cs надпероксиды: К + О2 = К02. Получение всех прочих кислородных соединений осуществляется специально разработанными методами. Оксиды - белые Na2O и К2O, жёлтый Rb2O и оранжевый Cs2O - химически очень активные вещества, реакционная способность которых увеличивается от Na2O к Cs2O. С водой оксиды взаимодействуют с образованием гидроксидов: Э2O + Н2O = 2ЭОН. Пероксиды и надпероксиды - являются сильными окислителями. Они легко разлагаются водой и разбавленными кислотами:

Na202 + 2Н20 = 2NaOH + Н202

2К02 + 2Н20 = 2КОН + Н202 + 02

2К02 + 2НСl = 2КСl + Н202 + 02.

Реакция взаимодействия пероксида натрия с водой используется при отбеливании различных материалов. Пероксиды и надпероксиды способны поглощать углекислый газ, выделяя при этом кислород:

2Na202 + 2С02 = 2Na2C03 + 02

4К02 + 2С02 = 2К2С03 + 302, что позволяет использовать их как источник кислорода в противогазах и в таких закрытых системах, как подводные лодки и космические корабли. Озониды - кристаллические вещества красного цвета, обладающие свойствами очень сильных окислителей. Они образуются при действии озона на щелочные металлы или их гидроксиды:

К + 03 = К03

4КОН + 403 = 4К03 + 2Н20 + 02.

Озониды разлагаются водой с выделением кислорода: 4К03 + 2Н20 = 4КОН + 503.

Гидроксиды металлов подгруппы натрия ЭОН - бесцветные твёрдые вещества, очень гигроскопичные, хорошо растворяются в воде и в спирте. Растворимость в воде увеличивается от NaOH к CsOH. Водные растворы гидроксидов - сильные основания (щёлочи), причем CsOH - самое сильное из неорганических оснований. В отличие от гидроксида лития при нагревании они возгоняются без разложения. Щёлочи NaOH и КОН в большом количестве используются в промышленности при производстве мыла, красок, целлюлозы и т. д. Главным способом их получения является электрохимический. Производство КаОН основано на электролизе концентрированного водного раствора хлорида натрия с использованием графитового анода и стального катода. При этом на катоде выделяется водород: 2H2O + 2e = H2 + 2OH-, а на аноде - хлор: 2Cl- - 2e = Cl2. В растворе образуется щёлочь, которую переводят в твердое состояние упариванием. Из химических способов получения NaOH наиболее известен устаревший ныне "известковый" способ или "каустификация соды". В его основе лежит реакция взаимодействия соды с гашеной известью: Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3.

Соли щелочных металлов, как правило, представляющие собой бесцветные вещества с ионной связью, хорошо растворимы в воле. В водных растворах солей катионы щелочных металлов не гидролизу клея. Практически важными солями являются Na2CO3 - кальцинированная сода, её кристаллогидрат Na2CO3*10H2O; NaHCO3 питьевая сода, К2СО3 - поташ, KNO3, KNa2С2H4O6*4H20 - сегнетова соль (пьезоэлектрик).

31. общая характеристика переходных металлов. Строение атомов. Проявляемые степени окисления и их устойчивость. Оксиды и гидроксиды (кислотно-основные свойства). Комплексные соединения переходных металлов (примеры).Переходные металлы – элементы, у которых валентными являются ns- и (n-1)d-электроны. Благодаря взаимному отталкиванию d-электронов и их отталкиванию от нижних орбиталей на более высоком энергетическом уровне ns- всегда находятся электроны.

Cu [Ar] 3d^9 4s^1 – Cu^2+ 3d^9 [Ar]

Aг [Xe] 4f^14 5d^10 6s^1 – Au^3+ 4f^14 5d^9 [Xe]

Общие свойства:

1. Высокая прочность за счет d-связывания, высокие температуры кипения и плавления

2. Элементы проявляют различные степени от +1 до номера группы. Однако у элементов 1-ого ряда часто СО +2, +3 более важны, чем соединения высшей СО. В химии металлов 2 и 3 групп СО +2 и +3 большого значения не имеют, а высшие СО значительно более устойчивы. В первом ряду устойчивость высших степеней уменьшается от Sc к Fe (для Ni и Co не получены соединения высших СО).свойства элементов первого ряда сильно отличаются от второго и третьего, поэтому рассмотрим их отдельно.

3d-элементы: у Sc высшая и единственная СО +3. У Ti преобладает +4, хотя известны и +2, и +3 – но они сильные вос-ли. среди V, Cr, Mn CО + 2 устойчива только у Mn, у Cr это +3, а у V это +4. Соединения +5, +6, +7 этих элементов – очень сильные окислители. У Fe высшие СО еще менее устойчивы и еще более сильные окислители. Далее от Co до Zn растет устойчивость СО +2. 4d- и 5d-элементы: соединения в низких со изучены плохо, т.к. они имеют кластерное строение (несколько атомов одного и того же элемента связываются между собой). Стабилизация и устойчивость высшей СО растет по группе вниз.

3. Изменение атомного радиуса происходит по ряду и группе. В первом ряду радиус уменьшается от Sc к Fe и от Zn к Fe. От Hf к Zr радиус уменьшается из-за лантаноидного сжатия, а от Ti к Zr он возрастает.

4. Кислотно-основные характеристики оксидов и гидроксидов зависят от степени окисления элемента. При Со +1, +2 – преобладают основные свойства, при СО > +4 – кислотные, соединения с СО +3, +4 амфотерны.

5. Переходные металлы способны образовывать комплексы. Честно – не знаю как это кратко описать

Дата добавления: 2015-05-09