2.2. Характерные химические свойства простых веществ – металлов: щелочных, щелочноземельных, алюминия; переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа) Щелочные металлы

Щелочными элементами начинаются периоды периодической системы, поэтому их атомы имеют только по одному валентному электрону, у них наименьшие ионизационные потенциалы и наиболее отрицательные значения электродных потенциалов:

Элемент	Li	Na	K	Rb	Cs
Валентные электроны	2s1	3s1	4s1	5s1	6s1
Электроотрицательность	1,0	0,9	0,8	0,8	0,7
Электродный потенциал о,В	-3,05	-2,71	-2,93	-2,92	-2,92

Поэтому все щелочные металлы являются типичными металлами без признаков амфотерности. Среди всех металлов они являются наиболее сильными восстановителями. Отдавая единственный валентный электрон, их атомы легко превращаются в однозарядные катионы и образуют многочисленные ионные соединения только в одной степени окисления +1.

Очень бурно протекают реакции щелочных металлов с водой:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

В кристаллизатор налили воды и добавили фенолфталеин (для определения NaOH) . Опустили горошину натрия. За счет выделения водорода она активно перемещается по воде, раствор окрашивается в малиновый цвет (образуется NaOH), выделяется много тепла и при большем количестве натрия может произойти взрыв водорода.

Из кислот-неокислителей щелочные металлы вытесняют водород:

2К + 2НСl = 2KCl + H₂,

а кислоты-окислители восстанавливаются ими максимально:

8Na + 10HNO₃ = 8NaNO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O

8K + 5H₂SO_4(конц) = 4K₂SO₄ + H₂S + 4H₂O

При взаимодействии с избытком кислорода литий образует оксид лития Li₂O, натрий - пероксид натрия Na₂O₂, а остальные щелочные металлы (К, Rb, Cs -- надпероксиды ЭО₂.

Щелочноземельные металлы

Основные характеристики щелочноземельных металлов

Элемент	Ca	Sr	Ba
Валентные электроны	4s2	5s2	6s2
Электродный потенциал ,В	-2,87	-2,89	-2,90

Строение валентных оболочек атомов этих элементов ns², заряды ядер атомов на единицу больше, чем у щелочных элементов тех же периодов. Это приводит к уменьшению радиуса атомов и увеличению ионизационных потенциалов и, следовательно, к уменьшению их химической активности.

Щелочноземельные металлы химически очень активны. При комнатной температуре они медленно окисляются кислородом воздуха, а при нагревании сгорают с образованием оксидов.

Магний сгорает, излучая ослепительно-белый свет со значительной долей ультрафиолетовых лучей. Это раньше использовалось при фотографировании.

Магний нельзя гасить водой, так как может взорваться, выделяющийся при реакции магния с водой, водород.

На заводе по переработке вторичного сырья в Уолтон Хиллс, штат Огайо возник пожар. В здании было большое количество металлов, среди них - титан, сталь и магний. Пожарные, опасаясь, что огонь перекинется на соседнюю бензозаправку, решили залить горящее здание водой.

Результат не заставил себя ждать - произошел сильный взрыв, во все стороны разлетелись куски раскаленного добела магния. Ослепительное огненное облако поднялось на высоту 50 м. Однако пожарных это не остановило - они продолжили заливать здание, что вызвало новые взрывы магния. От жара огня начали плавиться стены здания. Таким образом, незнание пожарными химии магния привело к катастрофическим результатам.

Щелочноземельные металлы взаимодействуют с водой, вытесняя из нее водород и образуя щелочи Са(ОН)₂, Sr(OH)₂ и Ва(ОН)₂.

При опускании кусочка кальция в воду начинает выделятся водород, который облепляет металл и он всплывает. Со временем происходит помутнение раствора образуется малорастворимый Са(ОН)₂, что доказывает малиновое окрашивание, если добавить фенолфталеин.

С водородом, азотом и другими неметаллами они взаимодействуют с образованием соответствующих ионных гидридов, нитридов и т.д. Щелочноземельные металлы образуют множество обычных солей, но комплексных соединений эти элементы не образуют.

Алюминий – активный (= -1,66 В), легкий металл с температурой плавления 660С. На воздухе он покрывается тончайшей пленкой оксида, которая защищает его от дальнейшего окисления и действия воды. Однако, при удалении защитной пленки и при нагревании алюминий энергично взаимодействует с кислородом, галогенами, серой, соединяется с азотом и углеродом.