Лекция 1 Тема: s - Элементы I группы

1. Общая характеристика элементов I а группы. Особенности лития и его соединений.

В периодической системе всего 14 s -элементов (включая водород и гелий). Это элементы I А и II А групп. Элементы I А группы – щелочные металлы Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Все они имеют на внешнем электронном уровне атома по одному электрону ns¹, сильно удаленному от ядра, с низким потенциалом ионизации. Всегда проявляют степень окисления +1.

Сверху вниз в подгруппе возрастает радиус атома элементов за счет возникновения новых электронных уровней.

В группах по мере увеличения числа энергетических уровнейатомные радиусы растут. Переход нейтрального атома в катион , сопровождается уменьшением радиуса поскольку в катионе заряд ядра удерживает меньшее число электронов. Очевидно, с возрастанием заряда ионный радиус катиона будет падать.

Энергия ионизации – это та энергия, которую необходимо затратить на отрыв внешнего электрона у невозбужденного атома. Строение внешних оболочек ns¹, поэтому они имеют низкие энергии ионизации, уменьшающиеся при переходе по подгруппе сверху вниз. Связь электрона с ядром ослабевает при этом за счет увеличения радиуса атома и экранирования заряда ядра предшествующими внешнему электрону оболочками, увеличивается расстояние электрона от ядра и энергия ионизации уменьшается.

С ростом заряда ядра от Na к Fr усиливаются восстановительные свойства, это самые активные металлы. Их стандартные электродные потенциалы  отрицательные и имеют большое абсолютное значение. Наиболее отрицателен  лития равный -3,02 В по сравнению с ионами других щелочных металлов (ион Li⁺ имеет среди них наименьший радиус), хороший комплексообразователь. Энтальпия гидратации катионов лития велика (∆Н° _{гидрат.}= - 486,6 кДж/моль). Чем меньше алгебраическая величина потенциала, тем выше восстановительная способность этого металла и тем ниже окислительная способность его ионов. Металлический литий – самый сильный восстановитель, а ион Li⁺ самый слабый окислитель.

С увеличением порядкового номера, уменьшается относительная электроотрицательность (ОЭО).

Все щелочные металлы образуют одинаковую кристаллическую структуру. У щелочных металлов тип металлической структуры – объемно - центрированная кубическая упаковка (ОЦКУ).

Координационное число равно 8.

От Li к Cs увеличиваются размеры атомов и межъядерные расстояния в кристаллических решетках. Так как химическая связь большей длины является менее прочной, то по мере роста межъядерного расстояния уменьшается прочность кристаллических решеток, поэтому снижаются температуры плавления и кипения. Щелочные металлы активно окисляются кислородом воздуха при обычной температуре, поэтому их хранят под слоем керосина или бензина.

4Э + О₂ = 2Э₂О

Взаимодействуют с другими окислителями (галогенами, серой, фосфором), образуя соединения LiCl, Li₂S, Li₃P, NaBr, Na₂S.

С азотом взаимодействует только литий при обычной температуре.

6Li + N ₂ = 2Li₃N

Нагревая щелочной литий в струе газообразного водорода получают гидрид.

2Li + Н₂ = 2LiH^-.

С кислородом образуют оксиды, пероксиды, надпероксиды, озониды.

4Li + O₂ → 2Li₂O – оксид лития

2Na + O₂ → Na₂O₂ – пероксид натрия

K + O₂ → KO₂ – надпероксид (супероксид калия)

Пероксиды содержат диамагнитный ион О₂^2-, надпероксиды– парамагнитный ион О₂^-.

Оксиды Na и K могут получиться при недостатке кислорода. Элементы могут образовывать озониды по реакции с озоном:

K + O₃ → KO₃

KOH + O₃ → KO₃ + O₂ + H₂O

Все озониды, пероксиды, надпероксиды сильные окислители и разлагаются водой.

KO₂ + H₂O → KOH + O₂ + H₂O₂

KO₂ + H₂O_{(теплая)} → KOH + O₂

КО₃ + H₂O → KOH + O₂

Причем разложение может идти как обменное взаимодействие.

Na₂O₂ + 2H₂O → 2NaOH + H₂O₂

Оксиды щелочных металлов Ме₂О – кристаллические термически устойчивые вещества, при взаимодействии с водой образуют щелочи.

Ме₂О + Н₂О = 2МеОH

Ме₂O + H₂O → 2MeOH лабораторные способы

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ получения щелочей

карбонатный способ получения щелочей:

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + 2NaOH

В промышленности NaOH получают электролизом раствора поваренной соли:

NaCl + H₂O ^{электролиз} → NaOH + Cl₂ + H₂

K ( - ) 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^-

A ( + ) 2Cl- - 2e = Cl₂

Этим способом получают достаточно чистый NaOH.

Оксиды и гидроксиды

Li2O Na2O K2O Rb2O Cs2O Fr2O

растворимость

LiOH NaOH KOH RbOH CsOH FrOH

сила оснований

Гидроксиды щелочных металлов МеОН – твердые кристаллические вещества, легкоплавки, хорошо растворяются в воде с выделением тепла (кроме LiOH), полностью диссоциируют на ионы, сила оснований растет от Li к Fr.

ЭОH  Э⁺ + OH^-

Более активно реагируют с водой непосредственно щелочные металлы.

Интенсивность взаимодействия с водой увеличивается в ряду Li - Cs, Rb и Cs реагируют с Н₂О со взрывом.