yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Хімія->Содержание->2.1.3 ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Метали

2.1.3 ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

 

Хімічні властивості лужних металів визначаються будовою їх атомів і енергетичними характеристиками (табл.2).

Низькі значення перших потенціалів йонізації, великі ефективні радіуси атомів, які різко зменшуються при утворенні з нейтральних атомів позитивно заряджених йонів, – все це сприяє зростанню хімічної активності у міру збільшення порядкового номера. У хімічних реакціях атоми лужних металів виявляють сильні відновні властивості, вони легко втрачають валентні електрони, перетворюючись на позитивно заряджені йони – катіони:

0 – ē àMе+.

 

Таблиця 2 – Енергетичні характеристики лужних металів

Метал

Заряд

ядра

Електронна формула

Радіус атома, нм

Радіус йона,

нм

Потенціал йонізації, В

Электро-негативність

Електродний потенціал,

В

Li

3

1s22s1

0,155

0,078

5,37

0,98

-3,02

Na

11

2s22p63s1

0,189

0,098

5,12

0,93

-2,71

K

19

3s23p64s1

0,236

0,133

4,32

0,82

-2,92

Rb

37

4s24p65s1

0,248

0,149

4,19

0,82

-2,93

Cs

55

5s25p66s1

0,268

0,165

3,86

0,79

-2,93

 

Відношення до води. Літій з водою взаємодіє досить повільно, натрій – вже  енергійно, цезій – з вибухом відповідно до загальної схеми (символом Ме позначений лужний метал):

2 Ме + 2Н2О à 2МеОН + Н2.

Внаслідок реакції виділяється водень і утворюються сильні основи – луги.

Взаємодія з елементарними окисниками. Завдяки великій відновній активності лужні метали взаємодіть із більшістю елементів, утворюючи бінарні сполуки, в яких неметали виявляють негативні ступені окиснення, найчастіше – мінімальні. Відносно до лужних металів всі елементи з високими електронегативностями є окисниками, в тому числі й водень. Реакції лужних металів з елементарними окисниками можуть проходити при нагріванні чи за звичайних умов – залежно від активності як металу, так і окисника.

З киснем тільки літій окиснюється до оксиду, решта лужних металів дає пероксиди (в яких ступінь окисненя Оксигену дорівнює –1) чи супероксиди (в старій номенклатурі – надпероксиди, в яких О–1/ 2)

4Li + O2 à 2Li2O;

2 Na + O2 à Na2O2;

K + O2 à KO2 (або K2O4).

Доречно згадати, що оксиди калію та натрію можуть бути одержані тільки при нагріванні суміші пероксиду з надлишком металу при повній відсутності кисню:

Na2O2 + 2Na à 2 Na2O.

– З воднем лужні метали утворюють гідриди

2Li + H2  à 2LiH;

– з азотомнітриди; при кімнатній температурі у реакцію вступає літій, решта лужних металів – при нагріванні

6Mе + 3N2 à 2Mе3N;

– з галогенамигаліди

2Mе + Hal2 à 2MеHal, де Hal – F, Cl, Br, I;

– з фосфоромфосфіди

3Mе + P à Mе3P;

– з сіркою та її аналогами (Se, Te) у розплавленому стані чи при нагріванні – халькогеніди

2Mе + S à Mе2S;

– з графітомкарбіди

2Mе + 2C à Mе2C2;

– з кремніємсиліциди

4Mе + Si à Mе4Si.

Крім того, лужні метали здатні енергійно, з виділенням теплоти розчинятися у ртуті, утворюючи амальгами змінного складу, які використовують як м’які, але сильні окисники.

Відношення до кислот. Взаємодія  всіх лужних металів з кислотами супроводжується вибухом, тому спеціально такі реакції не проводять. Однак корисно знати, які продукти утворюються внаслідок таких реакцій, якщо за якихось причин їх все ж таки необхідно буде здійснити.

Взаємодія з неокислювальними кислотами (розведена сірчана H2SO4, галогеноводневі HF, HCl, HBr, HI, фосфорна H3PO4, оцтова CH3COOH та інші слабкі кислоти), в яких окисником завжди є йон Гідрогену Н+ (чи, точніше, гідроксоній-катіон Н3О+) супроводжується виділенням водню та утворенням солі і проходить за загальною схемою:

2Mе + 2HАn àMеAn + H2.

Взаємодія з окиснювальними кислотами (азотна HNO3, концентрована сірчана H2SO4 та ін.), окиснювальна здатність яких зумовлюється не наявністю йона Гідрогену, а властивостями недисоційованих молекул самих кислот чи їх кислотних залишків – аніонів. Особливість дії цих кислот полягає в тому, що вони окиснюють метал без виділення водню. Однак у випадку реакції лужних металів (Li, Na, K)  з дуже розведеними розчинами окиснювальних кислот, яка проходить надзвичайно бурхливо, поряд з основними продуктами реакції може виділятися і водень, але це є результатом  побічної реакції, тобто взаємодії металу не з кислотою, а з водою, наявною у розчині кислоти. Розглянемо відношення лужних металів до кислот-окисників на прикладі натрію:

8Na + 10HNO3 (розв.) à8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O,

3Na + 4HNO3 (конц.) à 3NaNO3 + NO + 2H2O,

8 Na + 5H2SO4 (конц.) à 4Na2SO4 + H2S + 4H2O.

Як видно з рівнянь реакцій натрій відновлює Нітроген(+5) у конценрованій HNO3 до ступеня окиснення +2, а в розведеній – аж до –3. Сульфур (+6) в концентрованій H2SO4 теж відновлювається максимально – до найнижчого ступеня окиснення –2.

Відношення до солей. Лужні метали, які розміщуються на самому початку ряду напруг, належать до найбільш активних відновників, тому при внесенні їх у водні розчини солей малоактивних металів вступають у взаємодію не з самою сіллю, а з водою, що міститься у розчині, наприклад:

2K  +  2H2O  à  2KOH  +  H2.

Однак натрій здатний взаємодіяти з розплавами солей – переважно з  хлоридами чи фторидами менш активних металів. На цьому заснований металургійний метод добування металів, так звана натрієтермія – одержання Ti, Zr, Nb, Ta  та ін. при  відновлюванні їх за допомогою натрію:

TiCl4  +  4Na  à  Ti  +  4NaCl,

BeF2  +  2Na  à  Be  +  2NaF.

Взаємодія з амоніаком, в яку вступають лужні метали, проходить при контакті металу з рідким NH3 чи при його нагріванні в парах амоніаку

2Na + 2NH3 à 2NaNH2 + H2.

При цьому утворюються аміди лужних металів складу MeNH2 – кристали, що легко гідролізуються водою:

NaNH2 + H2O à NaOH + NH3.

З органічними сполуками. Метали ІА-підгрупи можуть взаємодіяти зі спиртами, утворюючи алкоголяти, з органічними кислотами з утворенням органічних солей – карбоксилатів

CH3-CH2-OH + Na à CH3-CH2-ONa + ½ H2O,

Етанол                          Етанолят натрію

CH3-COOH + Na à CH3COONa + ½ H2O.

Оцтова кислота                Ацетат натрію

Натрієві солі вищих жирних кислот широко застосовуються при одержанні мил та миючих засобів. Крім того, лужні метали здатні вступати в реакції з іншими органічними речовинами, продуктами чого є так звані металоорганічні сполуки, у тому числі – натрійорганічні сполуки.

 

 

6