Химия s-элементов
Введение
Общим для s-элементов является то, что у них электроны заполняют s-подуровень внешнего уровня. Cходство электронного строения определяет общие закономерности в их химических свойствах.
S-элементы (за исключением Н и Не) – типичные металлы, обладающие блеском, высокой электропроводностью и теплопроводностью. Они химически активны, легко отдают валентные электроны и, следовательно, являются сильными восстановителями. Поэтому они встречаются в природе только в составе химических соединений.
Атомы s-элементов имеют небольшие величины энергии ионизации при относительно больших радиусах атомов (они начинают периоды). Как правило, они образуют соединения с ионным характером связи.
Для s-элементов нехарактерна способность образовывать комплексные соединения. Это является следствием малого заряда атомов s-элементов и их больших радиусов. Лигандами, которые удерживаются более или менее прочно в комплексах s-элементов, являются небольшие полярные молекулы Н2О, NH3 или ионы.
Большинство соединений s-элементов хорошо растворимы в воде. Типичные соли в водном растворе являются сильными электролитами, не подвержены гидролизу по катиону (кроме солей бериллия и магния). Многие природные соединения натрия, калия, кальция, стронция растворимы в воде и слабых кислотах. Ионы этих металлов могут мигрировать из водных растворов в организм человека.
Водород, натрий, калий, магний и кальций – жизненно необходимы для живых и растительных организмов.
Отметим, что водород и гелий относятся к s-элементам. Однако они существенно отличаются по своим физическим и химическим свойствам друг от друга и от остальных химических элементов. Поэтому их принято рассматривать отдельно.
Химия элементов ia группы
К s-элементам IA-группы относятся литий Li, натрий Na, калий К, рубидий Rb, цезий Сs и франций Fr. Незаполненная s-оболочка атомов элементов этой группы и наличие близких по энергии полностью вакантных р-орбиталей способствуют делокализации электронов в простых телах и образованию металлической связи. Все указанные элементы типичные металлы, сильные восстановители, их восстановительная способность растёт от лития к францию. Однако по химической активности литий уступает остальным элементам, несмотря на то, что его стандартный электродный потенциал наиболее отрицателен (φLi/Li+ = - 3,05B). Такое значение потенциала обусловлено значительной энергией гидратации маленьких ионов Li+ по сравнению с ионами других металлов.
Для s-элементов IAгруппы, в атомах которых имеется единственный электрон на внешнем уровне, при образовании соединений с другими элементами существует энергетическая альтернатива – либо возникновение единственной ковалентной связи, либо потеря электрона и образование однозарядного иона.
Обсуждая ионную связь, мы указали на то, что переноса одного электрона с одного атома на другой не происходит, т.е. всегда в ионной химической связи есть доля ковалентной связи. Чем больше разница в величинах электроотрицательностей элементов, образующих связь, тем меньше доля ковалентной связи. Электроотрицательности элементов IA группы малы, поэтому можно считать, что во всех своих соединениях эти элементы присутствуют в виде однозарядных ионов. Естественно, что в многочисленных своих ионных соединениях щелочные металлы имеют только одну степень окисления (+I).
Щелочные металлы в водных растворах образуют соединения Ме1+ - О – Н, которые являются сильными хорошо растворимыми основаниями – щелочами. Это обусловлено малой величиной зарядов ионов (1+) и большой величиной их радиусов.