Хим свойства металлов 1 группы

Общая характеристика металлов главной подгруппы IА группы

все атомы имеют крайне низкие величины энергии сродства к электрону и ЭО.

Элементы данной подгруппы имеют значительное сходство друг с другом, что обусловлено одинаковым строением внешнего электронного слоя атомов и аналогией в их важнейших характеристиках:

— атомы всех элементов на предвнешнем электронном слое имеют устойчивые 8-электронные конфигурации соответствующего благородного газа (у Li — оболочка Не);

— все атомы имеют очень низкие значения E_ион и легко превращаются в катионы Me + ;

Физические свойства щелочных металлов

В чистом виде щелочные металлы представляют собой легкие, мягкие вещества серебристо-белого цвета на срезе, быстро тускнеющие на воздухе вследствие окисления (цезий имеет золотисто-желтый оттенок). Металлы отличаются высокой электро- и теплопроводностью.

Пары щелочных металлов интенсивно окрашены в различные цвета: Na — пурпурный, К — сине-зеленый, Rb — зеленовато-синий.

Щелочные металлы очень легкоплавки: Cs и Rb плавятся в руках; самый тугоплавкий Li имеет т. пл. 180°С. Плотность этих металлов также невелика — натрий и калий легче воды, а литий плавает даже в керосине.

Щелочные металлы хорошо растворяются в жидком аммиаке, полученные растворы имеют темно-синюю окраску (образуются коллоидные растворы).

Химические свойства

1. Взаимодействие с кислородом

Уже на воздухе щелочные Me немедленно окисляются, a Rb и Cs — самовоспламеняются

При повышении Т все металлы сгорают с образованием ослепительного пламени.

Все щелочные металлы очень химически активны, сильные восстановители:

С активными окислителями, водой и кислотами реакции протекают настолько бурно, что происходит самовоспламенение или взрыв. Часто реакции проводят в охлаждаемой среде. Реакции с неметаллами осуществляют в вакууме или в среде инертных газов.

а) только Li при горении образует нормальный оксид:

б) Na при горении образует бесцветный или слегка желтоватый пероксид

в) К, Rb и Cs сгорают с образованием окрашенных супероксидов:

г) К, Rb и Cs легко реагируют с озоном, образуя озониды:

2. Взаимодействие с галогенами

Соединение щел. Me с галогенами протекает очень бурно, часто в режиме горения, особенно с F₂ и Cl₂:

3. Взаимодействие с другими неметаллами (S, С, Si, Р)

а) все щел. Me реагируют с фосфором и серой (металлы предварительно нагревают):

2Na + S = Na₂S сульфид натрия

3Na + Р = Na₃Р фосфид натрия

б) с углеродом и кремнием реагирует непосредственно только литий:

2Li + 2С = Li₂C₂ карбид лития

4. Взаимодействие с водородом

Наиболее легко реакция протекает между водородом и предварительно слабо нагретым литием:

5. Взаимодействие с водой

6. Взаимодействие с кислотами

Реакции протекают очень энергично, даже со слабыми кислотами.

1) реакции с кислотами за счет восстановления ионов Н + :

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂

2) реакции с кислотами за счет восстановления анионов:

3) реакции с органическими кислотами:

7. Взаимодействие со спиртами и фенолами

8. Взаимодействие с галогеналканами (реакция Вюрца)

9. Замещение атомов водорода в гидридах неметаллов

а) реакции с аммиаком расплавленных щелочных металлов:

б) реакции с ацетиленом и некоторыми его гомологами

2 Na + НС=СН → NaC =CNa + Н₂

Способы получения

1. Электролиз расплавов солей или щелочей

2NaCI = 2Na + Cl₂ (аналогично получают Li , К)

Выделение металлов происходит на ртутном, свинцовом или стальном катоде

2. Вакуум-термический способ

Металлы восстанавливают из расплавов их солей активными металлами:

Источник

I группа главная подгруппа Периодической системы Менделеева (щелочные металлы)

I группа главная подгруппа Периодической системы Менделеева представляет собой щелочные металлы. К щелочным металлам относят химические элементы:

Литий Li,

Натрий Na,

Калий K,

Цезий Cs,

Рубидий Rb

Франций Fr

Эти металлы очень активны, поэтому их хранят под слоем вазелина или керосина.

Общая характеристика щелочных металлов

От Li к Fr (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение:

• атомного радиуса,
• металлических, основных, восстановительных свойств,
• реакционной способности.

Уменьшается

• электроотрицательность,
• энергия ионизация,
• сродство к электрону.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, все они содержат 1 электрон на внешнем уровне ns 1 :

Следовательно, типичная степень окисления щелочных металлов в соединениях +1.

Нахождение щелочных металлов в природе

Способы получения щелочных металлов

Литий

• Литий получают в промышленности электролизом расплавахлорида лития в смеси с KCl или BaCl₂ (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):

• Известен также способ получения лития из его оксида в вакууме при 300°С:

Натрий

1. Натрий получают электролизом расплава хлорида натрия с добавками хлорида кальция:

2NaCl (расплав) → 2Na + Cl2

Электролитом обычно служит смесь NaCl с NaF и КСl (что позволяет проводить процесс при 610–650°С).

1. Натрий можно получить, прокаливая соду с углем в закрытых тиглях, пары металла конденсируются на крышке тигля, выход реакции невысокий:

Калий

1. Калий получают также электролизом расплавов солей или расплава гидроксида калия, однако на практике таким способом их не получают из-за высокой химической активности

1. Наиболее распространены методы термохимического восстановления: восстановление калия из расплавов хлоридов или гидроксидов.:

KCl + Na = K + NaCl

KOH + Na = K + NaOH

В качестве восстановителей используют пары натрия, карбид кальция, алюминий, кремний

Цезий, Рубидий

• Цезий и рубидий получают восстановлением их хлоридов специально подготовленным кальцием при 700–800 °С:

Са + 2CsCl → 2Cs + CaCl₂

• В качестве восстановителя также используют цирконий, реакция протекает при 650 °С:

• В промышленности используют преимущественно физико-химические методы выделения чистого цезия: многократную ректификацию в вакууме

Химические свойства щелочных металлов

Качественные реакции — окрашивание пламени солями щелочных металлов

Цвет пламени:

Li — карминно-красный
Na — желтый
K — фиолетовый
Rb — буро-красный
Cs — фиолетово-красный

Взаимодействие щелочных металлов с простыми веществами — неметаллами

С кислородом

• Литий образует оксид:

• Натрий образует пероксид:

• Калий образует надпероксид:

С галогенами (F, Cl, Br, I)

Щелочные металлы образуют галогениды:

С водородом

Щелочные металлы образуют гидриды:

С серой

Щелочные металлы образуют сульфиды:

С азотом

При комнатной температуре взаимодействует только литий:

Остальные щелочные металлы реагируют с азотом при нагревании:

С углеродом

Щелочные металлы при нагревании образуют карбиды, преимущественно ацетилениды:

С фосфором

Щелочные металлы активно реагируют с фосфором образуя фосфиды:

Взаимодействие щелочных металлов со сложными веществами

С водой

Щелочные металлы реагируют с водой при обычных условиях:

С кислотами

• С растворами HCl, H₂SO₄щелочные металлы взаимодействуют с образованием соли и выделением водорода:

с концентрированной серной:

с разбавленной азотной

с концентрированной азотной

• Со слабыми кислотами

С солями

В расплаве щелочные металлы могут взаимодействовать с некоторыми солями:

3Na + AlCl₃ → 3NaCl + Al

Запомните! В растворе щелочные металлы взаимодействуют с водой, а не с солями других металлов.

Источник

Общая характеристика металлов IА–IIIА групп

Кодификатор ЕГЭ. Раздел 1.2.2. Общая характеристика металлов IА–IIIА групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностями строения их атомов.

Атомы элементов IА–IIIА групп имеют сходство в строении электронных оболочек и закономерностях изменения свойств, что приводит к некоторому сходству их химических свойств и свойств их соединений.

Металлы IA (первой группы главной подгруппы) также называются «щелочные металлы«. К ним относятся литий, натрий, калий, рубидий, цезий. Франций – радиоактивный элемент, в природе практически не встречается. У всех металлов IA группы на внешнем энергетическом уровне, на s-подуровне в основном состоянии есть один неспаренный электрон:

… ns 1 — электронное строение внешнего энергетического уровня щелочных металлов

Металлы IA группы — s-элементы. В химических реакциях они отдают один валентный электрон, поэтому для них характерна постоянная степень окисления +1.

Рассмотрим характеристики элементов IA группы:

Название	Атомная масса, а.е.м.	Заряд ядра	ЭО по Полингу	Мет. радиус, нм	Энергия ионизации, кДж/моль	tпл, о С	Плотность, г/см 3
Литий	6,941	+3	0,98	0,152	520,2	180,6	0,534
Натрий	22,99	+11	0,99	0,186	495,8	97,8	0,968
Калий	39,098	+19	0,82	0,227	418,8	63,07	0,856
Рубидий	85,469	+37	0,82	0,248	403,0	39,5	1,532
Цезий	132,905	+55	0,79	0,265	375,7	28,4	1,90

Все щелочные металлы — сильные восстановители. Это самые активные металлы, которые могут непосредственно взаимодействовать с неметаллами. С ростом порядкового номера и уменьшением энергии ионизации металлические свойства элементов усиливаются. Щелочные металлы образуют с кислородом оксиды Э₂О. Оксиды щелочных металлов реагируют с водой с образованием основания (щелочи):

Водородные соединения щелочных металлов — это гидриды с общей формулой ЭН. Степень окисления водорода в гидридах равна -1.

Металлы IIA (второй группы главной подгруппы) — щелочноземельные. Раньше к щелочноземельным металлам относили только кальций, стронций, барий и радий, но по решению ИЮПАК бериллий и магний также называются щелочноземельными.

У щелочноземельных металлов на внешнем энергетическом уровне расположены два электрона. В основном состоянии это два спаренных электрона на s-подуровне:

… ns 2 — электронное строение внешнего энергетического уровня элементов IIA группы

Щелочноземельные металлы — s-элементы. Отдавая два валентных электрона, они проявляют постоянную степень окисления +2. Все элементы подгруппы бериллия — сильные восстановители, но восстановительные свойства выражены слабее, чем у щелочных металлов.

Характеристики элементов IIA группы:

Название	Атомная масса, а.е.м.	Заряд ядра	ЭО по Полингу	Мет. радиус, нм	Энергия ионизации, кДж/моль	tпл, о С	Плотность, г/см 3
Бериллий	9,012	+4	1,57	0,169	898,8	1278	1,848
Магний	24,305	+12	1,31	0,245	737,3	650	1,737
Кальций	40,078	+20	1,00	0,279	589,4	839	1,55
Стронций	87,62	+38	0,95	0,304	549,0	769	2,54
Барий	137,327	+56	0,89	0,251	502,5	729	3,5

Металлы подгруппы бериллия довольно активны. На воздухе они легко окисляются, образуя основные оксиды с общей формулой ЭО. Этим оксидам соответствуют гидроксиды Э(ОН)₂.

Первый элемент IIA группы, бериллий, по большинству свойств гораздо ближе к алюминию (диагональное сходство). Это проявляется в свойствах бериллия. Например, он не взаимодействует с водой. Магний взаимодействует с водой только при нагревании. Кальций, стронций и барий — это типичные металлы. Они реагируют с водой при обычных условиях.

Элементам IIA группы соответствуют гидриды с общей формулой ЭН₂.

Элементы IIIA (третьей группы главной подгруппы) — это бор, алюминий, галлий, индий, таллий и нихоний. В основном состоянии содержат на внешнем энергетическом уровне три электрона, которые распределены по s- и р-подуровням:

… ns 2 nр 1 — электронное строение внешнего энергетического уровня элементов IIIA группы

Все элементы подгруппы бора относятся к р-элементам. В химических соединениях проявляются степень окисления +3. Хотя для таллия более устойчивая степень окисления +1.

Характеристики элементов IIA группы:

Название	Атомная масса, а.е.м.	Заряд ядра	ЭО по Полингу	Радиус атома, нм	Энергия ионизации, Э → Э 3+ , эВ	Степень окисления в соединениях	Валентные электроны
Бор	10,811	+5	2,01	0,091	71,35	+3, -3	2s 2 2p 1
Алюминий	26,982	+13	1,47	0,143	53,20	+3	3s 2 3p 1
Галлий	69,723	+31	1,82	0,139	57,20	+3	4s 2 4p 1
Индий	114,818	+49	1,49	0,116	52,69	+3	5s 2 5p 1
Таллий	204,383	+81	1,44	0,171	56,31	+1, +3	6s 2 6p 1

Металлические свойства у элементов подгруппы бора выражены слабее, чем у элементов IIA подгруппы. Элмент бор относится к неметаллам. Энергия ионизации атома у бора наибольшая среди элментов IIIA подгруппы. Алюминий относится к типичным металлам, но оксид и гидроксид алюминия проявляют амфотерные свойства. У таллия более сильно выражены металлические свойства, в степени окисления +1 он близок по свойствам к щелочным металлам. Наибольшее практическое значение среди элементов IIIA подгруппы имеет алюминий.

В общем металлы IА–IIIА подгрупп характеризуются:

• небольшим количеством электронов на внешнем энергетическом уровне:
• сравнительно сильными восстановительными свойствами;
• низкими значениями электроотрицательности;
• сравнительно большими атомными радиусами (относительно радиусов других атомов в периодах, в которых расположены соответствующие металлы);
• металлической кристаллической решеткой;
• высокой электро- и теплопроводностью;
• твердым фазовым состоянием при нормальных условиях.

Источник