Р-электронами

СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ С ВАЛЕНТНЫМИ

Если свойства s-металлов характеризуются плавным изменением свойств в пределах каждой группы, а свойства d-металлов также плавно изменяются в пределах каждого ряда, то начиная с III А группы наблюдаются резкие изменения свойств элементов в каждой группе от типично металлических к типично неметаллическим. С увеличением числа электронов на внешнем уровне атомов уменьшается восстановительная способность атомов и усиливается их окислительная активность (увеличивается электроотрицательность, сродство к электрону, энергия ионизации элементов). В группах периодической системы сверху вниз у р-элементов усиливаются восстановительные свойства.

Элементы главной подгруппы III группы – алюминий, галлий, индий, таллий - являются р-элементами с электронной структурой внешнего электронного уровня s²р¹. При возбуждении один из s-электронов переходит на р-подуровень. Поэтому для них характерно трехвалентное состояние, а для таллия также и одновалентное. Al, Ga, In, Tl – серебристо-белые, сравнительно мягкие и пластичные металлы, сходные по своим химическим свойствам. На воздухе все они покрываются плотной оксидной пленкой. Оксиды и гидроксиды алюминия, галлия, индия амфотерны, а оксиды таллия - Tl₂О, Tl₂О₃ – характеризуются только основными свойствами.

Al не растворяется в концентрированной азотной кислоте, Al и In хорошо растворяются в растворе щелочи:

2Al + 6КОН + 6Н₂О = 3Н₂ + 2К₃[Al(ОН)₆]

гексагидроксоалюминат калия

Соли алюминия сильных кислот (AlCl₃, Al(NO₃)₃, Al₂(SO₄)₃) в растворе гидролизуются с образованием кислой среды, соли слабых кислот, например, Al₂S₃, Al₂(СO₃)_3, гидролизуются полностью и в водном растворе не существуют.

Очень широкое применение находят некоторые сплавы алюминия – дюралюминий (дюраль). Из сплава алюминия с магнием (магналия) изготавливают конструкции морских и речных судов, танкеры для перевозки продуктов питания; сплавы алюминия с магнием и кремнием (пеналюминий) применяют в строительстве.

Очень важным является применение алюминия для алитирования – насыщения поверхности стальных или чугунных изделий алюминием.

AlCl₃ – хлорид алюминия - является катализатором при переработке нефти и в различных органических синтезах; с помощью Al₂(SO₄)₃ очищают воду от взвешенных частиц и бактерий.

Низкая температура плавления галлия (29,8°С) и высокая температура кипения (2237°С) позволяют применять этот металл для изготовления высокотемпературных термометров и для получения легкоплавких сплавов.

Таллий используют в полупроводниковой технике, из индия изготавливают высококачественные зеркала прожекторов.

Еще менее очевидным становится сходство между элементами в группе IV А (С, Si, Ge, Sn, Pb). Углерод представляет собой неметалл, который почти всегда образует 4 ковалентные связи с другими элементами. Кремний – неметалл, обладающий некоторыми металлическими свойствами, включая серебристый блеск. Германий относится к числу металлоидов, а олово и свинец – металлы. С, Si, Ge образуют соединения преимущественно с ковалентной связью. Оксиды углерода (IV) и кремния (IV) – кислотные оксиды; оксиды германия, олова, свинца – амфотерные.

Олово и свинец – элементы IV группы периодической системы имеют (s²р²) электронную структуру внешнего уровня, проявляют положительные степени окисления +4 и +2. Существует олово в двух модификациях – белое олово и серое, явление превращения белого олова при температурах ниже 14°С в серое получило название оловянной чумы. Свинец – аналог олова, тяжелый металл. Он очень мягок и режется ножом. Олово и свинец с кислородом образуют оксиды МеО и МеО₂, свинец может образовывать смешанные оксиды Pb₃О₄ (сурик) и Pb₂О₃.

С водой металлы Sn и Pb практически не реагируют, разбавленные соляная и серная кислоты почти не действуют на них; это связано со значительным перенапряжением выделения водорода на металлах. Растворяются металлы в концентрированных кислотах: H₂SO₄, HNO₃, HCl.

Sn + 4H₂SO₄ = Sn(SO₄)₂ + 2SO₂ + 4H₂O

конц.

Pb + 3H₂SO₄ = Pb(HSO₄)₂ + SO₂ + 2H₂O

конц.

Sn + 4HNO₃ = H₂SnO₃ + 4NO₂ + H₂O

β – оловянная кислота

Олово и свинец растворяются в щелочах с образованием гидроксостаннитов К₂[Sn(OH)₄] и гидроксоплюмбитов К₂[Pb(OH)₆].

Гидроксиды этих металлов Ме(ОН)₂ и Ме(ОН)₄ обладают амфотерными свойствами; с увеличением степени окисления металлов нарастают кислотные свойсва у гидроксидов. Известны α- и β-оловянные кислоты Н₂SnO₃ и ее соли – станнаты Na₂SnO₃; соли несуществующей в свободном состоянии свинцовой кислоты – плюмбаты.

Соединения двухвалентного олова и свинца - восстановители, четырехвалентные - окислители. Олово и свинец идут на получение сплавов (баббиты, припои и др.).

Олово используют для покрытия им изделий из железа, соприкасающихся с продуктами питания. Наибольшее количество свинца расходуется на изготовление оболочек кабелей и пластин аккумуляторов для защиты от γ-излучений при работе с радиоактивными веществами.

Атомы элементов V А группы (N, P, As, Sb, Bi) имеют на внешнем уровне по пять электронов (s²р³), из которых неспарены три

р-электрона. Такому состоянию отвечает степень окисления -3, например, в гидридах ЭН₃. При возбуждении атомов валентных электронов становится 5 в состоянии s¹р³d¹ возбуждения, которому отвечает степень окисления элементов в соединениях +5.

Азот и фосфор чаще всего имеют степени окисления –3, +3 и +5. Для мышьяка и сурьмы наиболее важным является состояние окисления +3. Для висмута оно единственно возможно.

Азот и фосфор – типичные неметаллы, у мышьяка преобладают неметаллические свойства, у сурьмы в равной мере выражены неметаллические и металлические свойства, у висмута преобладают металлические свойства.

Сурьма и висмут при обычных условиях устойчивы к окислению на воздухе, к действию воды, но при нагревании активность их повышается, и они могут реагировать с галогенами. Оксиды сурьмы (III) и висмута (III) амфотерны:

Bi₂O₃ + 6KOH = 2K₃BiO₃ + 3H₂O

Bi₂O₃ + 6HCl = 2BiCl₃ + 3H₂O

Многие соединения этой подгруппы обладают полупроводниковыми свойствами.

В группе VI А (О, S, Se, Te, Po) на внешнем уровне атомов этих элементов по шесть электронов (s²р⁴).

Кислород проявляет валентность равную 2, т.к. во внешнем уровне атома кислорода нет d-подуровня, а остальные элементы данной группы - валентности 2, 4, 6.

Окислительная активность элементов этой группы выражена сильнее, чем у элементов V А группы.

У элементов группы VII А утрачиваются все металлические свойства: все галогены – типичные неметаллы.

Дата добавления: 2013-12-14