Метали
2.1.5 ЗАСТОСУВАННЯ ЛУЖНИХ МЕТАЛІВ ТА ЇХ СПОЛУК
Деякі шляхи використання лужних металів та їх сполук вже були згадані у попередньому тексті. До того слід додати ще кілька моментів.
Металевий натрій – найширше застосований метал. Він використовується у металургії як відновник, для абсолютування органічних розчинників, як теплоносій в ядерних реакторах сумісно з калієм, для добування Na2O2, який, у свою чергу, застосовується для очищення та регенерації повітря в апаратах штучного дихання.
Сполуки натрію використовуються у медицині і багатьох галузях промисловості. Пероксиди застосувують для вибілювання тканин, гідроксид натрію – при виробництві целюлози, виготовленні мил і миючих засобів, штучного волокна, очищення мастил, виробництві барвників тощо. Фторид натрію використовують для просочення деревини і як флюс.
Металевий калій застосовують рідше, ніж натрій. Його використовують у металотермії та органічних синтезах для одержання сплавів з натрієм та іншими металами, а також для вимірювання поглинання рентгенівського випромінювання за допомогою калієвої пластинки. З нього одержують супероксид, який використовують у підводних човнах для регенерації повітря:
4КО2 + 2CO2 à 2K2CO3 + 3O2.
Сполуки калію застосовують у сільському господарстві як добрива, в стекольній промисловості, при виробництві рідкого мила та ін.
Рубідій та цезій застосовують для виготовлення фотоелементів. Інтерметалеві сполуки рубідію та цезію Rb3Sb і Cs3Sb використовують як напівпровідниковий матеріал при виготовленні фотокатодів. Багато комплексних сполук, що містять Rb і Cs, використовують в аналітичній хімії.
2.2 s-МЕТАЛИ ІІА-ПІДГРУПИ
Головна підгрупа ІІ групи періодичної системи елементів містить берілій Be, магній Mg і лужноземельні метали: кальцій Ca, стронцій Sr, барій Ba. Шостий елемент – радій Rа – є штучним радіоактивним елементом, одержаним під час ядерних реакцій. Берилій та магній не належать до лужноземельних металів, оскільки за своїми властивостями вони помітно відрізняються від лужноземельних металів: берилій за реакційною здатністю більше походить на алюміній, а магній окремими властивостями нагадує літій, а деякими іншими – цинк.
Електронна структура s-металів ІІ групи – ns2. Найбільш характерний ступінь окиснення дорівнює +2. Перший потенціал йонізації І1 вищий, ніж у s-металів ІА-підгрупи, що є наслідком зростання заряду ядра і зменшення атомних радіусів порівняно з лужними металами, а також підвищеної стійкості повністю заповненої електронами ns2-конфігурації на відміну від ns1.
Метали ІІА-підгрупи – це речовини, що мають більшу твердість і меншу активність, ніж лужні метали.
У межах ІІА-підгрупи хімічна активність металів зростає згори вниз, причому, за багатьма своїми показниками різко виділяється берилій.
Вони виявлять певну схильність до утворення ковалентних зв’язків, особливо Be, сполуки якого у розчинах і в твердому стані мають переважно ковалентні зв‘язки. У магнію теж спостерігається тенденція до утворення ковалентних зв’язків, а Са, Sr і Ba, навпаки, утворюють частіше йонні зв’язки. У розчинах ці метали знаходяться, в основному, у вигляді йонів Ме2+. Незважаючи на те, що електронегативності (ЕН) і потенціали (або енергії) йонізації у лужноземельних металів більші, ніж у лужних, їх стандартні електродні потенціали (табл. 3) мають близькі значення з металами ІА-підгрупи внаслідок великої енергії гідратації йонів Ме2+:
Ме·aq2+ +2 ē à Me(тв).
Всі йони Ме2+ мають менші радіуси і поляризуються значно менше, ніж Ме+, тому їх солі майже не відхиляються від йонністі, яка зумовлюється поляризацією катіонів. Проте катіони магнію Mg2+ і особливо берилію Be2+ завдяки їх поляризувальній здатності помітно поляризують аніони, з якими контактують, – саме з цієї причини спостерігається тенденція до утворення ними ковалентних зв’язків.
Таблиця 3 – Властивості металів ІІА-підгрупи
|
Метал |
4Be |
12Mg |
20Ca |
38Sr |
56Ba |
88Ra |
|
Атомна маса |
9,01 |
24,31 |
40,08 |
37,62 |
137,34 |
[226] |
|
Електронна конфігурація |
[He]2s2 |
[Ne]3s2 |
[Ar]4s2 |
[Kr]5s2 |
[Xe]6s2 |
[Rn]7s2 |
|
Атомний радіус,нм |
0,113 |
0,160 |
0,197 |
0,215 |
0,221 |
0,235 |
|
Радіус йона,нм |
0,034 |
0,074 |
0,104 |
0,120 |
0,138 |
0,144 |
|
Енергія йонізації, еВ |
9,32 |
7,65 |
6,11 |
5,69 |
5,21 |
5,28 |
|
Електро-негативність |
1,5 |
1,2 |
1,0 |
1,0 |
0,9 |
0,9 |
|
Електродний потенціал,В |
–1,85 |
–2,31 |
–2,57 |
–2,89 |
–2,90 |
– |
В основі добування металів ІІА-підгрупи лежить реакція їх відновлення їз сполук за допомогою сильних відновників чи електричного струму. Берилій відновлюють із фторидів, а барій – із оксидів при високих температурах за схемами
BeF2 + Mg à Be + MgF2,
3BaO + 2Al à 3Ba + Al2O3.
Інші метали – електролізом розплавів, наприклад:
CaCl2 à Ca + Cl2
Катод: Ca2+ +2 ē à Cao,
Анод: 2Cl– – 2 ē à Cl2o.
Крім того, магній добувають металотермічним методом (при прокалюванні доломиту при 1300оС з феросиліцієм чи алюмосиліцієм, в якому відновником виступає Si)
2(CaO·MgO) + Si à Ca2SiO4 + 2Mg,
чи за тією ж схемою – вугільнотермічним методом (відновленням магнійвмістних сполук за допомогою вугілля С в електропечах при 2100оС).