s-Элементы

(элементы главных подгрупп I и II групп, а также водород и гелий).

Водород относят к VII главной подгруппе p-элементов, а гелий — к VIII подгруппе инертных р-элементов.

В атомах s-элементов пополняется электронами подуровень s внешнего уровня (табл. 19—20). Атомы s-элементов характеризуются сходным строением электронных оболочек: на внешнем квантовом слое s-подуровня они имеют 1 или 2( или ) электрона, удаленных на значительное расстояние от ядра:

При химических реакциях элементы основных подгрупп I и II групп проявляют резко выраженные восстановительные свойства.

Одинаковое строение не только внешнего, но и предшествующего электронного уровня (за исключением лития и бериллия) обусловливает ряд общих свойств (одинаковую степень окисления и однотипность соединений). Но увеличение заряда ядра и числа электронов в атомах элементов периодической таблицы сверху вниз создает некоторые качественные различия между ними.

В подгруппах сверху вниз увеличивается число квантовых уровней, а следовательно, и радиусы атомов, вследствие чего требуется меньше энергий на отрыв электрона, т. е. наблюдается уменьшение энергии ионизации. Поэтому при переходе от лития к францию или от бериллия к радию увеличивается способность атомов к отдаче электронов, усиливаются металлические свойства.

Восстановительные свойства щелочные металлы проявляют во всех химических реакциях. Так, например, при сгорании их в избытке кислорода образуются . Из них только первый является нормальным окислом, остальные представляют собой перекисные соединения.

Восстановительная способность щелочных металлов настолько велика, что они вытесняют водород даже из воды, образуя сильные основания, например, . Калий с водой реагирует с воспламенением выделяющегося водорода. Взаимодействие рубидия и цезия с водой сопровождается взрывом.

Таблица 19. Распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням у атомов щелочных металлов

Продолжение табл. 19

Таблица 20. Распределние электронов по энергетическим уровням и подуровням в атомах второй главной подгруппы

Продолжение табл. 20

Щелочные металлы окисляются и водородом, образуя гидриды, например, . У атомов элементов первой основной подгруппы валентность в основном состоянии и в соединениях совпадает — они, имея по одному неспаренному электрону, одновалентны. Степень окисления их в основном состоянии равна 0, а в соединениях +1.

Все элементы второй главной подгруппы, кроме бериллия, обладают ярко выраженными металлическими свойствами.

Согласно спиновой теории валентности, в устойчивом (нормальном) состоянии они являются нульвалентными, так как их внешние электроны на s-подуровне спарены. Но это не значит, что они химически не деятельны. Энергия возбуждения у них мала (например, у атома бериллия 62 ккал/г-атом) и полностью перекрывается энергией образования химических связей, поэтому один из 2s-электронов может перейти в 2p-состояние. В этом случае-электронная структура атома будет иметь два неспаренных электрона, и, следовательно, он может проявлять валентность, равную двум.

Ниже дана структура атома бериллия в возбужденном состоянии:

Наличие на внешнем квантовом слое двух электронов у рассматриваемых атомов говорит об отсутствии у них сколько-нибудь заметной тенденции к принятию электронов. В отношении химической активности эти элементы уступают лишь щелочным металлам. Их степень окисления в свободном состоянии равна 0, а в соединениях с кислородом и другими окислителями они проявляют степень окисления +2, например