56. Положение металлов в периодической системе Менделеева. Свойства s- и d- элементов. Взаимодействие различных металлов с простыми веществами (вода, щёлочи, кислоты, соли).

Металлы -это элементы IA,IIA,IIIA(т.е. главных)подгрупп таблицы (за исключением водорода и бора); элементы IVA подгруппы - германий Ge, олово Sn, свинец Pb; элементы VA-подгруппы - сурьма Sb, висмут Bi и VIA -полоний Ро. К металлам относят все элементы побочных подгрупп, т.е. элементы, смещенные в клетках периодической системы вправо относительно элементов главных подгрупп. В таблице Менделеева в белых клетках - металлы

Опорная схема положения металлов С точки зрения электронного строения  у атомов металлов на внешнем энергетическом уровне  обычно находится от одного до трех электронов.

 

Биогенные элементы подразделяют на три блока: s-, р-, d– блока. Химические элемен­ты, в атомах которых заполняются электронами, s-подуровень внешнего уровня, называют s-элементами. Небольшой заряд ядра, большой раз­мер атома способствуют тому, что атомы s-элементов – типичные активные металлы; по­казателем этого является невысокий потенциал их ионизации. Катионы IIА группы имеют меньший радиус и больший заряд и обладают, следовательно, более высоким поляризую­щим действием, образуют более ковалентные и менее растворимые соединения. Атомы стремятся принять конфигурацию предшествующего инертного газа. При этом элементы IA и IIA групп образуют соответственно ионы М⁺ и М²⁺. Химия таких элементов является в основном ионной химией, за исключением лития и бериллия, которые обладают более сильным  поляризующим действием. В водном растворе ионы способны в небольшой степени к реакциям комплексообразования, образованию донорно-акцепторных связей с монодентатными лигандами (с водой - аквакомплексы) и даже с полидентатными лигандами (эндогенными и экзогенными комплексонами). Большинство образующихся комплексов обладают невысокой устойчиво­стью.

Элементы d–блока – это элементы, у которых происходит достройка d–подуровня предвнешнего уровня. Они образуют В – группы. Электронное строение валентного уровня d–элементов: (n-1)d^1-10, ns^1-2. Они расположены между s– и р–элементами, поэтому получили название «переходные элементы», d-элементы образуют 3 семейства в больших периодах и включают по 10 элементов (4-й период семейство Sc²¹ – Zn³⁰, 5-й период – Y³⁹ - Cd⁴⁸, 6-й период - La⁵⁷ – Hg⁸⁰, 7-й период Ас⁸⁹ – Mt¹⁰⁹).Особенности d-элементов определяются электронным строением их атомов: во внешнем электронном слое содержится, как правило, не более 2 s-электронов, р-подуровень свободный, происходит заполнение d-подуровня предвнешнего уровня. Свойства простых веществ d-элементов определяется в первую очередь структурой внешнего слоя, и лишь в меньшей степени зависят от строения предшествующих электронных слоев. Невы­сокие значения энергии ионизации этих атомов указывают на сравнительно слабую связь внешних электронов с ядром. Это определяет их общие физические и химические свойства, исходя из которых следует отнести простые вещества d-элементов к типичным металлам. Для V, Cr, Mn, Fe, Co энергия ионизации составляет соответственно от 6,74 до 7,87 эв. Именно поэтому переходные элементы в образуемых ими соединениях проявляют только положительную степень окисления и проявляют свойства металлов. Большая часть d-элементов – это тугоплавкие металлы. По химической активности d-элементы весьма разнообразны. Такие как Sc, Mn, Zn наиболее химически активны (как щелочноземельные). Наиболее химически устойчивы Au, Pt, Ag, Сu. В 1 ряду инертны Ti, Сr. В семействе Sc, Zn и наблюдается плавный переход в изменении химических свойств слева направо, так как возрастание порядкового номера не сопровождается существенным изменением структуры внешнего электронного слоя, происходит только достройка d-подуровня пред­последнего уровня.

Взаимодействие с простыми веществами:

1. с галогенами: Na + Cl₂ ? 2NaCl

2. с кислородом: 4Al + 3O₂ ? 2Al₂O₃

В реакциях с галогенами и кислородом металлы наиболее энергично проявляют восстановительные способности.

3. с серой: 2Na + S ? Na₂S

4. с азотом: 3Mg + N₂ ? Mg₃N₂

5. с фосфором: 3Ca + 2P ? Ca₃P₂

6. с водородом: Ca + H₂ ? CaH₂

Взаимодействие со сложными веществами:

1. с кислотами:

2Al +3H₂SO₄ ? Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

2Al + 6H + 3SO₄ ? 2Al + 3SO₄ + 3H₂

2Al + 6H ? 2Al + 3H₂

Металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений металлов находятся до водорода, восстанавливают ионы водорода из разбавленных кислот, а те, которые находятся после водорода, восстанавливают атом основного элемента, образующего данную кислоту.

2. с водными растворами солей:

Zn + Pb(NO₃)₂ ? Zn(NO₃)₂ + Pb

Zn + Pb + 2NO₃ = Zn + 2NO₃ + Pb

Zn + Pb = Zn + Pb

При взаимодействии с водными растворами солей металлы, находящиеся в электрохимическом ряду напряжений металлов левее, восстанавливают металлы, находящиеся в этом ряду правее от них. Однако металлы с сильными восстановительными свойствами (Li, Na, K, Ca) в этих условиях будут восстанавливать водород воды, а не металл соответствующей соли.

3. с водой: Самые активные металлы реагируют с водой при обычных условиях, и в результате этих реакций образуются растворимые в воде основания и выделяется водород. 2Na + 2HOH ? 2NaOH + H₂

Менее активные металлы реагируют с водой при повышенной температуре с выделением водорода и образованием оксида соответствующего металла. Zn + H₂O ? ZnO +H₂

4. Взаимодействие с щелочами. Бериллий взаимодействует с водными растворами щелочей с образованием комплексной соли и выделением водорода:

Be + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Be(OH)₄] + H₂ Магний и щелочноземельные металлы с щелочами не реагируют.