yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share

Метали

2 s-МЕТАЛИ

 

s-Елементи розміщуються в ІА- і ІІА-підгрупах періодичної системи Д.І. Менделєєва. Всі вони, за винятком Гідрогену і Гелію, належать до металів.

Висока хімічна активність s-металів і найсильніші серед відомих відновні властивості приводять до того, що у природі вони ніколи не зустрічаються у вільному стані (як прості речовини), а знаходяться у численних сполуках у вигляді позитивно заряджених йонів. Завдяки  великим негативним значенням електродних потенціалів добування s-металів неможливо здійснити із водних розчинів, оскільки вони бурхливо реагують з водою, даючи розчини гідроксидів – луги. Звідки і виникла назва s-металів ІА-підгрупи – лужні, а s-метали ІІА-підгрупи (крім берилію та магнію) одержали назву лужноземельні, тому що розчинність їх гідроксидів у воді є значно меншою. Вільні лужні та лужноземельні метали одержують переважно електролізом розплавів їх солей-галогенідів – найчастіше хлоридів, які утворюють природні мінерали.

Невеликі заряди ядер і порівняно велики радіуси атомів зумовлюють високу хімічну активність s-металів, показником якої є дуже низькі значення їх потенціалів (енергій) йонізації та електронегативностей. Перший потенціал йонізації зменшуються по групі зверху униз. У літію він найбільший, у натрію – дещо менший. Більш різьке зниження потенціалу йонізації при переході від натрію до калію пояснюється явищем кайносиметрії – виникнення вільного d-підрівня. Найблизкішими за властивостями є повні електронні аналоги K, Rb, Cs, помітно відрюзняється від них Li, а Na займає проміжне місце. Чим вище значення потенціалу йонізації, тим сильнішою є поляризувальна дія катіону і тим вищою є його схільність до утворення ковалентних зв’язків. Тому йон Li+ існує лише в кристалічному стані, а у розчинах внаслідок гідратації він переходить у гідратовану форму [Li(H2O)4]+, причому молекули води утримуються досить міцно і для їх видалення недостатньо простого нагрівання.

Всі s-метали мають на зовнішньому енергетичному рівні по одному-два електрони і можуть легко їх віддавати, прагнучи набути електронну конфігурацію попереднього інертного газу. При цьому метали ІА- і ІІА-підгруп утворюють відповідно йони Ме+ і Ме2+.

Металічні зв’язки утворюються делокалізованими валентними електронами, які утримують разом позитивно заряджені йони, що знаходяться у вузлах кристалічних решіток металів. Чим більшим є металічний радіус, тим тонкішим шаром розподілені делокалізовані електрони по позитивних йонах і тим слабкішим є зв’язок. Хімія таких елементів є, головним чином, йонною хімією, за винятком літію та берілію, які мають сильніші поляризувальні властивості. Однак у лужних і, особливо, у лужноземельних металів помітна тенденція до утворення ковалентних зв’язків. Так, у газуватому стані існують ковалентні молекули Na2, Cs2 тощо. Крім того, зв’язок цих металів у деяких комплексних сполуках з C, N, O теж відноситься до ковалентних.

У водних розчинах йони s-металів деякою мірою виявляють здатність до реакцій комплексоутворювання та до утворення донорно-акцепторних зв’язків з монодентантними лігандами. Більшість таких комплексів характеризується невеликою стійкістю. Причому, двохзарядні йони металів ІІА-підгрупи мають дещо сильніші комплексоутворювальні властивості. Для них найбільш притаманними є координаційні зв’язки з донорними атомами Оксигену, а для магнію – ще з атомами Нітрогену.

 

2.1 ЛУЖНІ МЕТАЛИ

 

Загальна електронна формула s-металів ІА-підгрупи ns1, де n – номер періоду і, одночасно, номер зовнішнього енергетичного рівня атома. Попередній електронний шар містить 8 електронів за винятком атомів літію, у яких є тільки два електрони на передзовнішньому шарі. Починаючи з четвертого періоду, атоми калію, рубідію, цезію мають вільні d-, f- і g-підрівні, які заповнються лише у наступних періодах.

Низькі значення перших потенціалів йонізації і, навпаки, дуже високі – других потенціалів йонізації є причиною того, що лужні метали у складних сполуках виявляють постійний ступінь окиснення +1. Незважаючи на те, що спорідненість до електрона у лужних металів має позитивне значення (тобто приєднання електрона до нейтрального атома супроводжується виділенням енергії), вони практично ніколи не виявляють негативних ступенів окиснення. Правда, нещодавно з’явилися відомості про те, що штучно одержано сполуку, в якій натрій перебуває у ступені окиснення  –1, але це виключно рідкий випадок.

При переході від Li до Fr послідовно зменшуються такі властивості:

а)        температури плавлення і теплоти сублімації;

б)      енергії утворення кристалічних решіток усіх солей (за винятком солей з аніонами, що мають дуже невеликі радіуси);

в)      легкість термічного розкладання нітратів і карбонатів (збільшується їх міцність);

г)      ефективні радіуси гідратованих йонів і енергії гідратації;

д)      міцність ковалентних зв’язків у молекулах типу M2;

е)      теплоти утворення фторидів, гідридів, оксидів і карбідів – внаслідок великих енергій кристалічних решіток сполук, утворених невеликими за розміром аніонами.

Для атомів лужних металів притаманне дуже невелике значення роботи виходу електрона, завдяки чому вони знайшли широке застосування в електроніці як емітери електронів для фотоелементів, фотомножників, перетворювачів світлових сигналів у електричні.

 

2.1.1 ПОШИРЕННЯ У ПРИРОДІ

 

Вміст літію у земній корі становить усього 5.10-3% (мас.). Літій утворює власні рідкі мінерали: сподумен LiAl(Si2O6), амблігонит LiF.AlРО4, але найчастіше він зустрічається у природі як домішка до сполук натрію та калію. Натрій становить 2,6 % від маси земної кори і знаходиться у вигляді NaCl  у твердому мінералі – кам’яній солі – і в морській воді, а також у мінералах: тенардит Na2SO4, глауберова сіль Na2SO4.10H2O; глауберит Na2SO4.CаSO4; чилійська селитра NaNO3; сода Na2CO3.10H2O; бура Na2B4O7.10H2O. Калій, кількість якого у земній корі дорівнює 2,4 %, утворює мінерали: сильвін KCl, карналіт KCl.MgCl.6H2O, каїнит KCl.MgSO4, селітра KNO3. Рубідій і цезій у невеликих кількостях знаходяться, як правило, разом із натрієм і калієм в їх сполуках.

 

2.1.2 ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

 

Лужні метали – сріблясто-білі речовини, крім цезію, у якого золотаве забарвлення. На свіжому повітрі s-метали у розрізі мають блискучу поверхню, але при контакті з киснем повятря дуже швидко тускніє, тому їх зберігають під шаром гасу. Більшість складних сполук лужних металів безбарвні, оскільки електронна оболонка Ме+ (оболонка інертного газу) є дуже стійкою, а йони не деформані (якщо йони не деформовані, то сполука безбарвна).

            Фізичні властивості лужних металів змінюються досить закономірно залежно від положення у періодичній системі елементів, будови атома і структури кристалічної решітки (табл.1).

 

Таблиця 1 – Фізичні властивості лужних металів

Метал

Густина,

г/см3

Кристалічна

структура

Темп.плавлення,

К

Темп.кипіння,

К

Li

0,534

Об’ємно- центрована кубічна

461

1613

Na

0,97

«

371

1163

K

0,86

«

336

1033

Rb

1,50

«

312

969

Cs

1,90

«

301,5

981

 

Температури плавлення і кипіння для металів ІА-підгрупи низькі, вони зменшуються по групі згори униз, а густини, навпаки, збільшуються. Це пояснюється так. Валентні електрони надзвичайно тонким шаром розподіляються по позитивно заряджених йонах s-металів, параметри кристалічних комірок зростають (завдяки збільшенню радіусів атомів) із зростанням порядкового номера, що призводить по послабшення хімічних зв’язків. Це й зумовлює зменшення температур плавлення. Однак поряд із зростанням радіусів збільшується й маса атомів. У калію відбувається різке збільшення радіуса порівняно з натрієм (за рахунок появи d-підрівня), тому вплив об’єму переважає над впливом маси, що приводить до зниження густини порівняно з натрієм (табл.1).

Хімічний аналіз лужних металів проводять за допомогою метода пламеневої фотометрії, оскільки їх пари інтенсивно забарвлені: літію – у червоний колір, натрію – у жовтий, калію – у фіолетовий, рубідію – у фіолетово-рожевий, цезію – у блакитний. В атмосфері водню пари натрію мають фіолетове забарвлення, калію – блакитнувато-зелене, а у рубідію та цезію, навпаки, – зеленувато-блакитне.

Лужні метали дуже м’які, пластичні, легко ріжуться ножем, тому їх неможливо використовувати як конструкційні матеріали, але літій і натрій застосовуються у сплавах з іншими металами.           

 

 

5

Загрузка...
yandex rtb 4