Химия s-элементов
Исходя из современной квантово-механической интерпретации периодической системы, классификация химических элементов производится в соответствии с их электронной конфигурацией. Она основана на характере заполнения орбиталей электронами. В соответствии с этим принципом все элементы делятся на s-, p-, d- и f - блоки или семейства. Элементы с одинаковым электронным строением внешнего энергетического уровня называются электронными аналогами. Общность электронного строения обуславливает общность их свойств. Электронными аналогами являются элементы, относящиеся к одной подгруппе. Элементы второго периода являются неполными электронными аналогами в своих подгруппах, так как не содержат валентных d-орбиталей.
К s-блоку относятся химические элементы с электронной формулой nsx, где х = 1, 2. Различают s1-элементы (щелочные металлы и водород) и s2-элементы (Be, Mg, щелочноземельные металлы и гелий).
Таблица 1
Физико-химические характеристики s1-элементов
|
|
Li |
Na |
K |
Rb |
Cs |
Fr |
|
Строение внешнего слоя |
2S1 |
3S1 |
4S1 |
5S1 |
6S1 |
7S1 |
|
Энергия ионизации, ЭВ |
5,39 |
5,14 |
4,34 |
4,18 |
3,89 |
3,98 |
|
Сродство к электрону, эВ |
0,591 |
0,54 |
0,47 |
0,42 |
0,39 |
- |
|
Относительная ЭО |
0,97 |
1,01 |
0,91 |
0,89 |
0,86 |
0,86 |
|
R, нм |
0,155 |
0,190 |
0,235 |
0,248 |
0,267 |
0,280 |
|
Rион, нм |
0,076 |
0,102 |
0,138 |
0,152 |
0,167 |
0,175 |
|
Содержание в организме, % |
10‾4 |
0,15 |
0,35 |
10‾5 |
1·10‾4 |
? |
|
Содержание в коре, % |
6,5·10‾3 |
2,64 |
2,00 |
3·10‾2 |
7·10‾4 |
? |
Элементы s-блока являются металлами (исключение составляют H и He). Самыми активными из них являются щелочные металлы, легко отдающие валентный электрон и превращающиеся в устойчивые однозарядные катионы:
Me – ē → Me+.
Их высокая металличность обусловлена большими атомными радиусами и лишь одним валентным электроном на внешнем уровне.
s2-Элементы уступают им по металличности, так как имеют меньшие радиусы и большее число валентных электронов. В подгруппах s-элементов сверху вниз металличность атомов усиливается, что обусловлено увеличением атомных радиусов и уменьшением энергии ионизации.
В своих соединениях s-металлы проявляют степени окисления +1 (щелочные) и +2 (Be, Mg и щелочноземельные металлы). К их важнейшим соединениям относятся:
оксиды Me2O и MeO,
гидроксиды MeOH и Me(OH)2,
гидриды MeH и MeH2
соли
Оксиды и гидроксиды s-металлов имеют основной характер, усиливающий с ростом металличности элементов:
LiOH, NaOH, KOH, CsOH, FrOH
увеличение основности
NaOH Mg(OH)2
уменьшение основности
Гидриды s-металлов – это твердые солеподобные вещества ионного типа, легко разлагающиеся водой и кислотами:
MgH2 + 2 H2O → Mg(OH)2 + 2 H2
MgH2 + 2 HCl → MgCl2 + 2 H2
Особое положение среди s-элементов занимает водород. Согласно современным представлениям, водород с электронной конфигурацией 1s1 нельзя отнести к какой-либо группе; его следует считать просто первым элементом периодической системы.
К важнейшим биогенным элементам s-блока, кроме H, относятся Na, K, Ca и Mg. Все они являются макроэлементами. К высокотоксичным элементам относится барий. Например, высшей летальной дозой BaCl2 является 1 г на 70 кг массы тела человека.