- •12. Азот и фосфор
- •5.1. Общая характеристика. Нахождение в природе. Получение
- •5.2. Простые вещества
- •5.2.1. Структура и физические свойства
- •5.2.2. Химические свойства
- •5.3. Аммиак и соли аммония
- •5.3.1. Получение аммиака
- •5.3.2. Физические и химические свойства
- •5.3.3. Соли аммония
- •5.4. Оксиды и гидроксиды азота. Соли
- •5.4.1. Получение оксидов и кислот
- •5.4.2. Свойства и применение
- •5.4.3. Нитраты и нитриты
- •5.5. Кислородосодержащие соединения фосфора
- •5.6. Минеральные удобрения
- •14. Общая характеристика. Степени окисления
- •7.3.2. Природные соединения алюминия
- •7.3.3. Физические свойства
- •7.3.4. Химические свойства
- •7.3.5. Оксиды и соли p-элементов
- •7.3.6. Производство алюминия
- •16. Углерод и кремний
- •6.1. Общая характеристика. Нахождение в природе. Получение
- •6.2. Структура и физические свойства простых веществ
- •17. Константа равновесия
- •2.3.2. Сдвиг равновесия
- •19. Строение атома и химическая связь
- •3.1. Электронное строение атома
- •3.1.1. Современная модель атома
- •20. Общая характеристика
- •Получение и свойства s-металлов
- •7.2.4. Сложные вещества s-элементов. Производство соды
- •2.1.1. Термохимия
- •2.1.2. Энтропия. Энергия гиббса
- •2.1.3. Формула гиббса. Разрешенность процессов с позиции термодинамики
- •22. Метан
- •6.5. Кислородосодержащие соединения углерода
- •6.5.1. Общая характеристика и свойства
- •6.6.3. Цемент
- •25. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Индикаторы
- •4.2.4. Буферные растворы
- •3.2. Получение простых веществ.
- •3.3. Физические свойства г2
- •27. Кислородосодержащие соединения хлора
- •Взаимодействие г2 с водородом. Получение hCl и ее свойства. Галогеноводородные кислоты
- •32. Соли аммония
- •5.4. Оксиды и гидроксиды азота. Соли
- •5.4.1. Получение оксидов и кислот
- •5.4.2. Свойства и применение
- •2.1. Распространенность водорода
- •2.2. Сходство водорода с другими элементами
- •2.2.1. Сходство с галогенами
- •2.2.2. Сходство со щелочными металлами
- •40. Особенности водорода
- •2.2.2. Кинетическое уравнение
- •2.2.3. Механизм химических реакций
- •2.2.4. Влияние температуры на скорость
- •2.2.5. Катализ
Получение и свойства s-металлов
Как результат слабого связывания валентных электронов атомами s-элементов имеем следующее.
1. Трудность синтеза простых веществ ЩМ и ЩЗМ из их солей. Ибо для этой цели другие М (тем более Н2) оказываются слишком слабыми восстановителями. Лишь при получении бария применяют алюминий, а магния – кремний. В случае остальных s-металлов обычно используют электролиз расплавов их солей.
2. Из-за слабой связи электронов с ядрами s-элементов высока доля металличности в решетке их простых соединений, как следствие эти вещества
a) имеют металлический блеск (почти все серебристо-белый),
b) пластичны и мягки (легко режутся ножом); хрупок и относительно тверд лишь бериллий (у которого минимальный атомный радиус среди s-металлов и, следовательно, максимальная доля ковалентности в решетке),
c) все хорошо проводят ток, особенно натрий (l=21), поэтому из него делают провода (в полиэтиленовой упаковке),
d) почти все имеют невысокие температуры плавления. Лишь у Ве 1287°С, а у остальных ЩЗМ – в пределах 650-850°С. Особенно легкоплавки ЩМ, т.к. из-за малого числа валентных электронов и большого радиуса их атомов связи в решетке М слабы и легко разрываются даже при небольшом нагревании. Как результат роста атомного радиуса (а значит, увеличения доли металличности в решетке) значения т.пл. от Li (181°С) к Cs (28°С) закономерно снижаются. (Так что цезий плавиться даже от тепла ладони.)
3. Атомы s-металлов легко возбуждаются пламенем, окрашивая его в цвета видимого спектра: Li, Mg, Sr и Ca – в красный, Na – в желтый, Ba – в желто-зеленый, Cs – в голубой, K – в сине-фиолетовый (здесь представлены почти все цвета радуги). Поэтому их соли применяют для получения разноцветных фейерверков.
4. Легко «расставаясь» с электронами, ЩЗМ и особенно ЩМ проявляют сильнейшие восстановительные свойства. В частности, они вытесняют ионы водорода не только из раствора кислоты, но и из воды (причем даже в щелочной среде, где концентрация Н+ ничтожно мала):
Данная реакция идет бурно (т.е. с очень высокой скоростью): натрий расплавляется и в виде шарика «бегает» по раствору. Калий реагирует еще активнее – с воспламенением выделяющегося водорода, а рубидий и цезий – даже со взрывом.
В то же время литий взаимодействует с водой спокойно, а значит, скорость реакции небольшая, несмотря на то, что Li является самым сильным восстановителем среди металлов в водных растворах. (Он, напоминаем, возглавляет ряд напряжений М, поскольку имеет самый отрицательный потенциал (Е0 = –3,06В).)
Иначе говоря, термодинамическая активность лития (судя по величине Е0) максимальна среди всех металлов (в водных растворах), хотя кинетическая его активность минимальна среди ЩМ. Последнее объясняется тем, что по сравнению с другими ЩМ у лития прочнее решетка и больше энергия ионизации (I), а значит, для реакции Li с водой больше величина Еа.с..
Итак, из всех металлов термодинамически наиболее активен в водных растворах – литий, а кинетически – цезий.
ЩЗМ все взаимодействуют с водой спокойно, магний даже медленно, т.к. его частично пассивирует малорастворимый (но довольно рыхлый) продукт процесса Mg(OH)2, а бериллий пассивируется (гораздо более плотной пленкой его гидроксида), полностью и с водой в нейтральной среде практически не реагирует.
Однако Ве взаимодействует с кислотами, а также с водой в щелочной среде, поскольку гидроксид бериллия, который пассивирует металл, амфотерен. То есть вступает в реакцию не только с кислотами, но и со щелочами, образуя растворимые соли, в частности, при наличии NaOH дает тетрагидроксобериллат натрия. Этот же продукт получается и при реакции бериллия с водой в щелочной среде:
Из-за пассивирующей пленки Ве устойчив также на воздухе. В то время как остальные s-металлы при обычных условиях довольно быстро взаимодействуют с его компонентами: O2, CO2 и H2O. (Поэтому данные М хранят под слоем керосина; а менее активный магний просто в герметичном сосуде.) При нагревании все они горят на воздухе с большим экзоэффектом.
С галогенами s-металлы реагируют (давая галиды) при об.у. (K, Rb и Cs с Br2 и I2 – со взрывом), а с серой, фосфором и др. – при небольшом повышении температуры. С сухим водородом нагретые М (кроме Be) образуют гидриды.
Высокая восстановительная активность s-металлов используется, в частности, при получении менее активных М (вытеснением последних из их соединений).