33. Металлы групп ia и iia: простые вещества, их реакционная способность. Строение, свойства и биологическая роль соединений щелочных и щелочноземельных металлов.
Ме IA группы: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Это щелочные Ме, т.к. они и их оксиды при взаимодействии с водой образуют щелочи.
Ме IIA группы: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra. 4 последних элемента называются щелочноземельными Ме, т.к. их гидроксиды обладают щелочными свойствами, а их оксиды по своей тугоплавкости сходны с оксидами тяжёлых Ме, называвшихся раньше "землями".
Франций, завершающий I группу, и радий, завершающий II группу, являются радиоактивными.
Щелочные и щелочноземельные Ме относятся к s-элементам. На внешнем электронном слое у атомов IA группы один s-электрон (ns1), у атомов IIA группы – два s-электрона (ns2).
Сверху вниз в подгруппах этих элементов:
Радиус Энергия ионизации Способность отдавать электроны с внешнего слоя Восст-ная способность
Имеют постоянные степени окисления (I гр - +1, II гр. - +2)
В свободном состоянии в природе не встречаются, т.к. они химически активны. Находятся только в виде соединений. Ионы щелочных Ме входят в состав многих растворимых минералов (NaCl- поваренная соль). Ионы щелочноземельных Ме встречаются в природе в виде малорастворимых соединений (CaCO3- мел, мрамор)
Физические свойства: Серебристо-белый цвет, хорошо проводят тепло и электрический ток. Щелочные Ме имеют низкую t плавления и t кипения; низкую плотность (т.к. у них объемно-центрированная кристаллическая решётка, а такой тип решетки отличается менее плотной упаковкой атомов). Температура плавления и плотность Ме II гр. Выше, чем у щелочных Ме.
Металлические связи образуются делокализованными валентными электронами, удерживающими вместе положительные ионы атомов металла. Чем больше металлический радиус в каждой из групп, тем более «тонким слоем» распределены делокализованные электроны по положительным ионам и тем слабее связь. Этим и объясняются низкие температуры плавления и кипения для металлов I и II групп. Температуры плавления и кипения во II группе в отличие от щелочных металлов изменяются несистематически, что объясняется неодинаковой кристаллической структурой у металлов этой группы.
П
лотность
Ме tпл
Получение: Свободные металлы получают электролизом расплавов их галогенидов, чаще всего — хлоридов, образующих природные минералы.
7000
N
aCl
Na+ + Cl-;
К атод - Na+ + 1 e- Na0 2 NaCl эл. ток 2Na + Cl2
А нод + 2 Cl- - 2 е- Cl02 (расплав)
t
N aOH Na+ + OH-;
К атод - Na+ + 1 e- Na0 4 NaOH эл. ток 4Na + 2H2O + O2
А нод + 4 OH- - 4 е- 2H2O + O2 (расплав)
Стронций и барий чаще всего получают алюмотермическим методом:
4SrO + 2Al = 3Sr + SrO*Al2O3 (металалюминат стронция)
4
BaO
+ 2Al = 3Ba +
BaO*Al2O3
(металалюминат бария)
Химические свойства:
1. Все s-металлы горят в атмосфере воздуха, образуя оксиды одного или нескольких типов — нормальные оксиды состава Ме2О (I группа) и МеО (II группа), пероксиды состава Мe2O2 (I группа) и МеО2 (II группа), супероксиды состава МеО2 (I группа) и МеО4 (II группа).
4Li + О2 = 2Li2О, а натрий образует смесь пероксида и супероксида: 3Na + 2О2 = Nа2О2 + NаО2.
2.С водородом (искл. бериллий): 2Na + H2 = 2NaH; Ca + H2 = CaH2
3. Взаимодействии с галогенами, серой:
2Na + Cl2 = 2NaCl; Ca+ Cl2 = CaCl2
2
Na
+ S = Na2S;
Ca + S = CaS
4. С водой:
2Li + 2Н2О = 2LiOН + Н2↑.
Са + 2Н2О = Са(ОН)2 + Н2↑.
5. Взаимодействуют с разбавленными кислотами: 2Na + 2HCl = 2NaCl + Н2↑.
Ca + H2SO4 = CaSO4 + Н2↑.
6. Металлы I группы, а также кальций, стронций и барий при взаимодействии с жидким аммиаком или при нагревании в парах аммиака, образуют амиды и водород:
2Nа + 2NН3 = 2NаNН2 + Н2↑.
Образующиеся амиды — кристаллы, легко гидролизующиеся с образованием щелочи и аммиака: КNН2 + Н2О = КОН + NН3↑.
7. Металлы I и II групп (за исключением бериллия) могут взаимодействовать со спиртами, образуя алкоголяты: НОСН2-СН2ОН + 2Nа → NaОСН2-СН2ОNа + Н2↑.
Биологическая роль и применение: Ионы натрия, калия, магния, кальция составляют в организме человека ≈ 99% от общего содержания Ме.
В организме человека растворимые соли натрия: хлорид, фосфат, гидрокарбонат – входят в состав плазмы крови, лимфы. Ионы магния и кальция образуют комплексы с нуклеотидами (напр., АТФ), связываясь с фосфатными группами, тем самым участвуют в терморегуляции. Кальций – основной элемент для образования и поддержания таких структур, как зубы, кости. Магний необходим для деятельности нервно-мышечного аппарата.
Катионы этих Ме необходимы и для нормальной жизнедеятельности растительных организмов. Напр, хлорофилл содержит до 2% магния, отсутствие катионов калия приводит к гибели растений. Для восполнения калия в почве применяют калийные удобрения.