Физические свойства простых веществ

Простые вещества, образованные элементами IА группы, являются типичными металлами и находятся при обычных условиях в твердом агрегатном состоянии. Они имеют серебристо-белый цвет (кроме цезия, которому характерна желтая окраска), обладают небольшой твердостью и температурой плавления. При переходе от лития к цезию эти свойства закономерно уменьшаются в связи с падением прочности металлической связи.

Все щелочные металлы (кроме лития) легко режутся ножом. Они являются легкими металлами, причем Li, Na и K имеют плотность меньше, чем у воды, и могут плавать на ее поверхности (таблица 10).

В химическом отношении щелочные металлы чрезвычайно реакционноспособны. Уже на воздухе они легко взаимодействуют с кислородом и парами воды (а литий еще и с азотом). Поэтому при хранении щелочных металлов необходимо исключить доступ к ним воздуха и влаги. С этой целью металлы помещают обычно под слой керосина (так как с алканами они не реагируют) и в герметически закрытые сосуды.

Общая харатеристика d-элементов

Элементы, атомы которых достраивают электронами d-подуровень предвнешнего слоя, называются переходными или d-элементами. Они занимают промежуточное положение между s-элементами (являющимися типичными металлами) и р-элементами (большинство из которых принадлежит к неметаллам). В связи с этим d-элементы в своих соединениях часто проявляют как металлические, так и неметаллические свойства.

В таблице Д.И. Менделеева d-элементы расположены в В группах и присутствуют только в больших периодах. Все они являются металлами и проявляют только положительную степень окисления. Но в отличие от металлов IА и IIА групп для d-элементов валентными являются не только электроны внешнего слоя, расположенные на s-подуровне, но и неспаренные электроны d-подуровня предвнешнего слоя. Поэтому они, как и р-элементы, в соединениях могут проявлять несколько значений валентности или степени окисления (в зависимости от числа электронов, принимающих участие в образовании связей). Причем с увеличением номера группы от I до VII количество возможных значений степени окисления атомов d-элементов в соединениях возрастает. Величина же высшей степени окисления при этом совпадает с номером группы, в которой d-элементы находятся в таблице Д.И. Менделеева.

Например, ванадий находится в VВ группе.

V

На внешнем слое его атома находятся 2 s-электрона, которые легко распариваются при возбуждении. За счет их V будет проявлять степень окисления +2, но у ванадия валентными будут и неспаренные электроны, расположенные на 3d-подуровне. С учетом их V может проявлять степень окисления +3, +4 и +5 (в зависимости от количества d-электронов, участвующих вместе с s-электронами в образовании связей).

Марганец находится в VIIB группе.

Mn

У его атомов на внешнем слое находятся 2 s-электрона. За счет их в возбужденном состоянии Mn может проявлять степень окисления +2. Кроме того, он может проявлять степень окисления +3, +4, +5, +6 и +7 (в зависимости от числа d-электронов, принимающих участие в образовании связей).

Элементы IВ группы, кроме степени окисления +1, могут проявлять и более высокие значения степени окисления: +2 (Cu) или +3 (Au). Из элементов VIIIВ группы максимальную степень окисления +8 могут проявлять только Fe, Ru и Os. У остальных она ниже, чем +8.

С повышением степени окисления d-элементов основные свойства их соединений уменьшаются, а кислотные свойства, наоборот, возрастают.

Соединения (оксиды, гидроксиды), в которых d-элементы находятся в своей низшей степени окисления (+1 или +2), как правило, обладают основными свойствами. Если степень окисления d-элемента в соединении (оксиде, гидроксиде) равна +3 или +4, то ему присущи амфотерные свойства. И, наконец, соединения, в которых d-элементы проявляют свою высшую степень окисления (от +5 и выше), обладают кислотными свойствами.

Чем выше степень окисления d-элемента в соединении, тем в большей мере присущи ему окислительные свойства.

Характерной особенностью d-элементов является их сильновыраженная способность к образованию комплексных ионов. Многие соединения d-элементов имеют характерную окраску и проявляют (наряду с простыми веществами) каталитическую активность.

Простые вещества, которые образуют d-элементы, обладают более высокими температурами плавления и имеют большую плотность, чем металлы, образованные s-элементами. Это объясняется тем, что в образовании металлической связи у d-элементов принимают участие не только электроны внешнего слоя (один или два), но и неспаренные электроны с d-подуровня предвнешнего слоя. В результате металлическая связь становится более прочной.

Металлы, образованные d-элементами, являются лучшими проводниками электрического тока, чем щелочные и щелочноземельные металлы. Особенно это характерно для тех металлов, атомы которых имеют только один внешний s-электрон и полузаполненный (Cr, Mo) или заполненный (Cu, Ag, Au) d-подуровень предвнешнего слоя.