Змістовий модуль 6. Хімія р-та s-елементів

Тема 1. S-біометали і та іі груп (Na, k, Mg, Ca)

1. Загальна характеристика елементів головної підгрупи І та ІІ груп.

2. Лужні метали: поширення в природі, добування. Фізичні властивості

3. Хімічні властивості лужних металів.

4. Застосування лужних металів та їх сполук. Калійні добрива.

5. Берилій та лужноземельні метали: поширення у природі, добування.

6. Хімічні властивості металів головної підгрупи ІІ групи.

7. Застосування металів головної підгрупи ІІ групи та їх сполук.

8. Твердість води та способи її усунення.

1. Загальна характеристика елементів головної підгрупи і та іі груп

До головної підгрупи першої групи періодичної системи елементів належать лужні метали: Літій, Натрій, Калій, Рубідій, Цезій і Францій.

На зовнішньому електронному рівні в атомах елементів головної підгрупи І групи міститься по одному електрону: ns¹. На передостанньому рівні атома Літію міститься два електрони, а у решти атомів лужних металів – по вісім електронів. Тому атоми цих елементів дуже легко віддають один електрон, тобто мають дуже низьку енергію іонізації, величина якої закономірно зменшується в підгрупі зверху вниз (від 5,39 до 3,89 еВ). Послаблення зв’язку електрона з ядром (зниження енергії іонізації) зумовлене зростанням радіусів атомів і екрануванням позитивно зарядженого ядра електронами внутрішніх рівнів. Тому лужні метали легко утворюють катіони Me⁺, електронна оболонка яких відповідає оболонці інертних газів. Так, цезій втрачає електрон уже при освітленні.

Всі лужні метали дуже сильні відновники, їхні стандартні електродні потенціали мають великі від’ємні значення. Зв’язок у більшості сполук лужних металів близький до іонного. У розплавленому стані сполуки лужних металів, як правило, іонізовані і здатні проводити електричний струм.

Лужні метали дуже реакційноздатні. Вони витісняють водень не лише з води і кислот, але й із спиртів, утворюючи алкоголяти. Металічні властивості посилюються при переході від Літію до Францію із зростанням протонних чисел елементів. Найактивнішим лужним металом є Францій.

До головної підгрупи другої групи належать Берилій і лужноземельні метали: Магній, Кальцій, Стронцій, Барій і Радій.

На зовнішньому електронному рівні в атомах цієї елементів підгрупи міститься по два електрони: ns². Отже, як і елементи головної підгрупи І групи, ці елементи є металами, проте, оскільки заряд ядра цих елементів є на одиницю більший, ніж у лужних металів тих самих періодів, зовнішні електрони сильніше притягуються до ядра, що зумовлює вищі значення енергій іонізації атомів і меншу хімічну активність Берилію та його аналогів порівняно з лужними металами.

Всі елементи головної підгрупи ІІ групи, крім Берилію, мають яскраво виражені металічні властивості. Вони легко віддають свої два зовнішні валентні електрони і перетворюються на катіони Ме²⁺. Перші два елементи підгрупи – Берилій і Магній – дещо відрізняються від своїх аналогів. Берилій за властивостями подібний до Алюмінію (“діагональна подібність”), а Магній дещо подібний до Літію. Кальцій, Стронцій і Барій дуже подібні між собою.

Істотна відмінність властивостей Берилію від властивостей інших елементів головної підгрупи ІІ групи пояснюється мали радіусом його атома та великим значенням потенціалу іонізації Z/r (Z – заряд іона, r – радіус іона), а також наявністю в іоні Ве²⁺ лише однієї (Гелієвої) електронної оболонки.

Радіуси атомів із збільшенням протонного числа елементів зростають, енергій іонізації зменшуються, отже, хімічна активність металів посилюється зверху вниз по групі.

Всі метали головної підгрупи І та ІІ груп мають невелику густину, невисокі температури плавлення і кипіння, та невелику твердість. Так, твердість лужних металів за десятибальною шкалою перебуває в межах 0,2–0,6.