Глава IV. Металлы и их соединения. § 30. Общая характеристика элементов IA-группы — с. 158
§ 30. Проверьте свои знания.
1. Дайте общую характеристику щелочных металлов на основании их положения в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Найдите сходство и различия в строении атомов щелочных металлов.
1. Дайте общую характеристику щелочных металлов на основании их положения в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Найдите сходство и различия в строении атомов щелочных металлов.
Щелочные металлы — элементы главной подгруппы I группы (IА-группы): литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr. Они стоят в начале периодов (начинают периоды 2–7), поэтому являются самыми активными металлами своих периодов. В свободном виде это серебристо-белые мягкие лёгкие легкоплавкие металлы, в природе встречаются только в виде соединений (NaCl, KCl, NaNO₃), в соединениях проявляют степень окисления +1. Их оксиды — основные, гидроксиды — щёлочи.
Сходство в строении атомов: на внешнем энергетическом уровне у всех один электрон (…ns¹), который легко отдаётся: Me⁰ − 1ē = Me⁺; поэтому все щелочные металлы — сильные восстановители.
Различия: число электронных слоёв (равно номеру периода) растёт от лития к цезию: Li +3 (2, 1) — 2 слоя; Na +11 (2, 8, 1) — 3 слоя; K +19 (2, 8, 8, 1) — 4 слоя. Вместе с этим растёт радиус атома, внешний электрон всё слабее удерживается ядром, поэтому восстановительные свойства усиливаются от лития к цезию (сверху вниз), температура плавления снижается, плотность в основном растёт.
Сходство в строении атомов: на внешнем энергетическом уровне у всех один электрон (…ns¹), который легко отдаётся: Me⁰ − 1ē = Me⁺; поэтому все щелочные металлы — сильные восстановители.
Различия: число электронных слоёв (равно номеру периода) растёт от лития к цезию: Li +3 (2, 1) — 2 слоя; Na +11 (2, 8, 1) — 3 слоя; K +19 (2, 8, 8, 1) — 4 слоя. Вместе с этим растёт радиус атома, внешний электрон всё слабее удерживается ядром, поэтому восстановительные свойства усиливаются от лития к цезию (сверху вниз), температура плавления снижается, плотность в основном растёт.
§ 30. Проверьте свои знания.
2. Как хранят щелочные металлы в лаборатории?
Щелочные металлы очень активны: они быстро окисляются кислородом воздуха, реагируют с влагой и углекислым газом, поэтому их хранят в закрытых банках под слоем защитной жидкости, не содержащей кислорода и воды. Натрий, калий и другие щелочные металлы хранят под слоем керосина (безводного, обезвоженного). Литий легче керосина и всплывает в нём, поэтому его хранят под слоем вазелинового масла (или в парафине). Работать с этими металлами надо пинцетом, кусочки режут ножом на фильтровальной бумаге, а остатки нельзя бросать в раковину или мусор — их уничтожают специальным образом.
§ 30. Проверьте свои знания.
3. Перечислите химические свойства щелочных металлов и раскройте зависимость скорости протекания реакций от природы щелочного металла.
Химические свойства щелочных металлов (восстановители, во всех реакциях Me⁰ − 1ē = Me⁺):
1) С кислородом: 4Li + O₂ = 2Li₂O (оксид); 2Na + O₂ = Na₂O₂ (пероксид, при горении); у калия, рубидия, цезия образуются также надпероксиды.
2) С азотом: 6Li + N₂ = 2Li₃N (литий — при комнатной температуре, остальные — при нагревании).
3) С другими неметаллами: 2Na + Cl₂ = 2NaCl; 2Na + S = Na₂S; 2Na + H₂ = 2NaH (при нагревании).
4) С водой с образованием щёлочи и водорода: 2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂↑; 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑; 2K + 2H₂O = 2KOH + H₂↑; 2Cs + 2H₂O = 2CsOH + H₂↑.
5) С кислотами реагируют со взрывом (фактически с водой раствора).
Зависимость от природы металла: от лития к цезию радиус атома растёт, внешний электрон легче отдаётся, поэтому химическая активность и скорость реакций возрастают. Литий реагирует с водой спокойно; натрий — быстро, плавится и «бегает» по поверхности воды; калий — бурно, выделяющийся водород воспламеняется (фиолетовая вспышка); рубидий и цезий реагируют со взрывом. Аналогично растёт и скорость реакций с кислородом, галогенами и другими неметаллами.
1) С кислородом: 4Li + O₂ = 2Li₂O (оксид); 2Na + O₂ = Na₂O₂ (пероксид, при горении); у калия, рубидия, цезия образуются также надпероксиды.
2) С азотом: 6Li + N₂ = 2Li₃N (литий — при комнатной температуре, остальные — при нагревании).
3) С другими неметаллами: 2Na + Cl₂ = 2NaCl; 2Na + S = Na₂S; 2Na + H₂ = 2NaH (при нагревании).
4) С водой с образованием щёлочи и водорода: 2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂↑; 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑; 2K + 2H₂O = 2KOH + H₂↑; 2Cs + 2H₂O = 2CsOH + H₂↑.
5) С кислотами реагируют со взрывом (фактически с водой раствора).
Зависимость от природы металла: от лития к цезию радиус атома растёт, внешний электрон легче отдаётся, поэтому химическая активность и скорость реакций возрастают. Литий реагирует с водой спокойно; натрий — быстро, плавится и «бегает» по поверхности воды; калий — бурно, выделяющийся водород воспламеняется (фиолетовая вспышка); рубидий и цезий реагируют со взрывом. Аналогично растёт и скорость реакций с кислородом, галогенами и другими неметаллами.