Металл с электронной формулой 3s1



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

Металл с электронной формулой 3s1

Для удобства пользователей и возможности быстрого нахождения ответов на типовые вопросы.

©Для некоммерческого использования. При перепечатке решений обязательна ссылка на источник.

Задача 1
Ряд элементов, расположенных в порядке усиления металлических свойств:
А. Mg – Ca – Zn.
Б. Al – Mg – Ca.
В. Sr – Rb – K.
Г. Ge – Si – Sb.

Решение:
Б. Al – Mg – Ca.
В соотв. с законом Кулона притяжение вал. е- к ядру находится в находится в прямой зависимости от величины заряда ядра и в обратной зависимости от квадрата расстояния между ними. Отсюда видно, что расстояние влияет сильнее, чем заряд ядра, т.е. притяжение тем слабее чем дальше е- от ядра, и тем сильнее металл. характер элемента.
у Ca валентные электроны на 4 эн. уровне, у Al и Mg — на 3-м, поэтому металл. свойства Ca сильнее.
у Al и Mg — 3 эн. уровня, но у Al заряд ядра больше, поэтому притяжение е- к ядру сильнее, и металл. характер слабее.
В ряду Mg – Ca – Zn, по той же причине у цинка мет. свойства слабее, чем у кальция.

Задача 2
Как и почему в Периодической системе изменяются неметаллические свойства?
А: В пределах периода.
В: В пределах главной подгруппы.

Решение:
Основное хим. свойство неметалла — принимать электроны для заполнения внешнего эн. уровня.
Чем больше заряд ядра, тем сильнее притяжение электронов к ядру и тем активнее неметалл.
Чем меньше эн. уровней (чем меньше главное квантовое число n), тем меньше расстояние до ядра и меньше отталкивание электронов, и тем сильнее притяжение электронов к ядру и активнее неметалл.

Теперь, когда мы это выяснили, ответьте:
А: В пределах периода.
в периоде слева направо:
а) как изменяется заряд ядра?
б) как изменяется сила притяжения электронов к ядру?
в) какой вывод можно сделать из этого об изменении неметаллических свойств?

Б: В пределах главной подгруппы.
в гл. подгруппе сверху вниз:
а) как изменяется число эн. уровней?
б) как изменяется расстояние внешнего уровня от ядра?
в) как изменяется сила притяжения электронов к ядру?
г) какой вывод можно сделать из этого об изменении неметаллических свойств?

А. В периоде слева направо заряд ядра возрастает и (по закону Кулона) растет сила притяжения электронов к ядру, радиус уменьшается => притяжение внешних электронов к ядру увеличивается, способность отдавать электроны уменьшается, т.е. металлические свойста уменьшаются, а способность принимать электроны-увеличивается,т.е. неметалличность увеличивается.
Б. В гл. подгруппе сверху вниз число эн. уровней растет, радиус атома увеличивается, притяжение внешних электронов к ядру уменьшается. Способность отдавать электроны ( Ме и восстан.способность) увеличивается, а способность принимать электроны (немет. и окисл. способность) уменьшается.

Задача 3
Составьте электронную формулу элемента с порядковым номером в Периодической системе равным: 1) 31 , 2) 30 , 3) 38 .
Сделайте вывод о принадлежности этого элемента к металлам или неметаллам.
Запишите формулы его высшего оксида и гидроксида, укажите их характер.

Решение:
1) 31Ga-1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p1.
Ga — переходный элемент, число электронов на внешнем эн. уровне (валентных электронов ) =3.
Ga2O3 (амфотерный оксид), Ga(OH)3 — амфотерный гидроксид.

2) 30Zn-1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2.
Zn- переходный элемент, число электронов на внешнем эн. уровне (валентных электронов ) =2.
ZnO(амфотерный оксид), Zn(OH)2 — амфотерный гидроксид.

3) 38Sr- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s2.
Sr-металл, число электронов на внешнем эн. уровне (валентных электронов ) =2.
SrO (основный оксид), Sr(OH)2 — основный гидроксид.

Самое интересное: несмотря на то, что у атомов обоих элементов — Zn и Sr — 2 вал. е- , Zn — амфотерный, а Sr — типичный металл. Как это можно объяснить?

В соотв. с законом Кулона притяжение вал. е- к ядру находится в прямой зависимости от величины заряда ядра и в обратной зависимости от квадрата расстояния между ними. Отсюда видно, что расстояние влияет сильнее, чем заряд ядра, т.е. притяжение тем слабее чем дальше е- от ядра.

В гл. подгруппе сверху вниз увеличивается порядковый номер (т.е. заряд ядра) и увеличивается номер периода (т.е. число эн. уровней).
По з-ну Кулона заряд ядра влияет меньше, чем число эн. уровней.
Поэтому чем ниже, тем дальше вал. е- от ядра и тем слабее их притяжение к ядру. Значит, металлические свойства (способность отдать е-) усиливаются, а неметаллические (способность притягивать е-) ослабляются.

Это и объясняет разницу в характере Zn и Sr:

у Sr вал. е- находятся на 5-м эн. уровне, расстояние между ними и ядром большое, и притяжение их к ядру слабое, поэтому Sr относительно легко отдает свои 2е- с внешнего эн. уровня, т.е. ведет себя как типичный металл.

У Zn вал. е- находятся на 4-м эн. уровне, т.е. ближе к ядру, притяжение их к ядру намного сильнее (квадратная зависимость притяжения от расстояния, помнишь?), и поэтому он амфотерный — с одной стороны, немного вал. е- и все-таки довольно приличное расстояние (4-й уровень), и это дает металличность, но с другой стороны, заряд ядра довольно большой и на 1 эн. уровень меньше, и это дает некоторую неметалличность.

Источник

Читайте также:  Толщиномер для измерения толщины металла через покрытие
Поделиться с друзьями
Металл