Лекция 13. Щелочные металлы. Свойства элементов I A группы

Вода.

Оксид водорода — одно из наиболее распространенных и важных веществ. Поверхность Земли, занятая водой, в 2,5 раза больше поверхности суши. Чистой воды в природе нет, — она всегда содержит примеси. Получают чистую воду методом перегонки. Перегнанная вода называется дистиллированной. Состав воды (по массе): 11,19 % водорода и 88,81 % кислорода.

Физические свойства. Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. Наибольшую плотность она имеет при 0 °С (1 г/см³). Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность. Вода замерзает при 0 °С и кипит при 100° С при давлении 101 325 Па. Она плохо проводит теплоту и очень плохо проводит электричество. Вода — хороший растворитель.

Молекула воды имеет угловую форму: атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Поэтому молекула воды — диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, — отрицательно. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы.

В жидкой воде наряду с обычными молекулами Н₂О содержатся ассоциированные молекулы, т. е. соединенные в более сложные агрегаты (Н₂О)_х, благодаря образованию водородных связей. Наличием водородных связей между молекулами воды объясняются аномалии ее физических свойств; максимальная плотность при 4° С, высокая температура кипения (в ряду Н₂О—H₂S — H₂Se — Н₂Те), аномально высокая теплоемкость [4,18 кДж/(гЧ К)]. С повышением температуры водородные связи разрываются, и полный разрыв их наступает при переходе воды в пар.

Химические свойства. Вода — весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочноземельными металлами:

H₂O + Na ₂O = 2 NaOH

2 H₂O + Li = 2 Li OH + H₂ ↑

H₂O + SO₂ = H₂SO₃

2 H₂O + Ca = Ca(OH)₂ + H₂ ↑

Вода образует многочисленные соединения — гидраты (кристаллогидраты):

Очевидно, соединения, связывающие воду, могут служить в качестве осушителей. Из других осушающих веществ можно указать Р₂O₅, СаО, ВаО, металлический Na (они тоже химически взаимодействуют с водой), а также силикагель.

К важным химическим свойствам воды относится ее способность вступать в реакции гидролитического разложения.

Тяжелая вода. Вода, содержащая тяжелый водород, называется тяжелой водой (обозначается формулой D₂O). Как это видно из сопоставления физических свойств, она отличается от обычной воды:(в скобках приведены характеристики обычной воды (H₂O))

Молекулярная масса: 20 (18)

Плотность при 20 °С, г/см³ : 1,1050 (0,9982)

Температура кристаллизации, ^oC: 3,8 (0)

Температура кипения, °С: 101,4 (100)

Химические реакции с тяжелой водой протекают значительно медленнее, чем с обычной водой. Поэтому она при длительном электролизе обычной воды накапливается в электролизере.

Тяжелая вода применяется в качестве замедлителей нейтронов в ядерных реакторах.

1. Общая характеристика

2. Получение

3. Физические свойства

4. Химические свойства

5. Соединения

Свойства	3Li	11Na	19K	37Rb	55Cs	87Fr
Атомная масса	6,941	22,9898	39,098	85,468	132,905	[223]
Электронная конфигурация*
	0,155	0,189	0,238	0,253	0,274	0,280
	0,068	0,098	0,133	0,149	0,165	0,175
Энергия ионизации	5,392	5,14	4,341	4,176	3,89	3,98
Относительная электро- отрицательность	0,97	1,01	0,91	0,89	0,86	0,86
Возможные степени окисления	+1	+1	+1	+1	+1	+1
кларк, ат.% (распро- странненость в природе)	0,02	2,0	1,1	7*10^-3	9*10^-9	
Агрегатное состояние (н. у.), цвет	С Е Р Е Б Р И С Т Ы Е М Е Т А Л Л Ы
	180,05	97,82	63,2	38,7	28,64
			753,8
Плотность	0,534	0,971	0,862	1,532	1,873	2,1 2,4
Стандартный электродный потенциал	-3,02	-2,71	-2,92	-2,925	-2,91	

*Приведены конфигурации внешних электронных уровней атомов соответствующих элементов. Конфигурации остальных электронных уровней совпадают с таковыми для благородных газов, завершающих предыдущий период и указанных в скобках.

Как видно из данных, приведенных в таблице, элементы IA обладают большими атомными радиусами (самыми большими в периоде) и низкой энергией ионизации (самой низкой в периоде), при этом в группе энергия ионизации уменьшается сверху вниз, так что Cs обладает наименьшей энергией ионизации вообще. Аналогичные выводы можно сделать и исходя из значений относительной электроотрицательности. В силу выше названных причин, химические связи в соединениях щелочных металлов – ионные.

2. Получение. Из-за высокой химической активности щелочные металлы встречаются в природе только в виде соединений (галогенидов, нитратов силикатов и др.). Чистые металлы получают путем электролиза расплавов галогенидов и щелочей или металлотермией.

3.Физические свойства. Элементы IA группы – типичные металлы. В силу относительной легкости протекания процесса ионизации, они - сильные восстановители, особенно Rb и Cs, что позволяет широко использовать их в фотоэлементах.

Это металлы, серебристого цвета (у Cs иногда встречается розовато-желтоватый оттенок), мягкие, пластичные, легкоплавкие, легколетучие. Обладают хорошей тепло- и электропроводностью.

Уменьшение температуры плавления от Li к Cs объясняется увеличением размера атома (см. табл.) и, как следствие, ослаблением межатомных связей.

Практическое применение. Na используется как восстановитель в металлотермии. Li и Na также применяются при изготовлении сталей, в качестве т. наз. “раскислителей”, которые удаляют примеси из стали (O₂, N₂, S, As и др.).

4. Химические свойства. Как уже было сказано, элементы IA группы – сильные восстановители, активные металлы (Ме). Они легко реагируют с водой, кислотами. другими металлами и неметаллами, особенно при нагревании:

(легко).

- гидриды – сильные восстановители, химически активные солеподобные соединения. Легко разлагаются при нагревании с выделение водорода. Гидрид натрия используют для получения металлов. В частности:

- карбиды. При гидролизе этих соединений, который протекает достаточно легко, образуются, соответственно, ацетилен и метан.

- легко гидролизуются с образованием

Персульфиды и суперсульфиды, равно как и пероксиды и супероксиды (см. ниже) являются окислителями.

- химические связи в галогенидах и оксидах щелочных металлов очень прочные и не подвержены гидролизу.

Дата добавления: 2013-12-12