РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ S-МЕТАЛЛОВ

Металлы 1 и II групп существуют в соединениях во вполне определенных состояниях окисления. Металлы I группы обычно имеют степень окисления +1 , а металлы II группы обычно имеют степень окисления +2.

Таблица 13.5. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы s-металлов

Металлы I группы легко окисляются, превращаясь в однозарядные ионы, например . Большие значения второй энергии ионизации (табл. 13.2) препятствуют образованию многозарядных ионов этих металлов, например . Металлы II группы легко окисляются до двухзарядных ионов, например . Значения третьей энергии ионизации у металлов II группы сопоставимы по величине со значениями второй энергии ионизации металлов I группы. Поэтому трехзарядные ионы металлов II группы, как, например, , тоже не образуются.

Легкость окисления металлов I и II групп проявляется в сравнительно высоких значениях окислительно-восстановительных потенциалов этих металлов (см. табл. 10.5 и 13.5). Отрицательные значения этих потенциалов показывают, что металлы I и II групп электроположительны и склонны к окислению. Это означает, что равновесие во всех полуреакциях, указанных в табл. 13.5, должно быть сдвинуто влево, т. е. преобладающей является обратная реакция. Поскольку все металлы I и II групп легко окисляются и, следовательно, легко образуют электроны, они являются сильными восстановителями. Однако их нельзя использовать в качестве восстановителей в водных растворах, поскольку они сразу же бурно восстанавливают воду (см. ниже). В неводных средах они могут восстанавливать различные неметаллы и некоторые соединения, например аммиак.

Высокие значения окислительно-восстановительных потенциалов для металлов I и II групп указывают на их большую реакционную способность. Эти металлы располагаются в верхней части электрохимического ряда напряжений (см. гл. 10). В реакциях некоторых типов их реакционная способность закономерно увеличивается при перемещении к нижней части группы, хотя это и не всегда так. В качестве примера подобных исключений сошлемся на реакционную способность металлов I группы с азотом и углеродом (древесным углем): в этих случаях металлы из верхней части группы, как правило, обнаруживают более высокую реакционную способность.

Реакции с неметаллами

Реакции с кислородом. s-Металлы на свежем разрезе имеют блестящую поверхность. Однако, вступая в контакт с кислородом воздуха, они быстро тускнеют. Поэтому все эти металлы, за исключением бериллия и магния, приходится хранить под слоем керосина или жидкого парафина, чтобы воспрепятствовать их контакту с воздухом. Бериллий и магний образуют на поверхности защитный слой оксида и поэтому корродируют сравнительно медленно.

Все s-металлы горят в атмосфере воздуха, образуя оксиды одного или нескольких

Таблица 13.6. Разновидности оксидов s-металлов

типов (три типа образуемых ими оксидов указаны в табл. 13.6). Например, литий сгорает в воздухе с образованием оксида лития а натрий образует смесь оксида натрия и пероксида натрия

Реакция с водородом. Все металлы I и II групп, за исключением бериллия, соединяются с водородом при температурах от 300 до образуя гидриды (см. разд. 12.1).

Например

Реакции с галогенами. Все s-металлы восстанавливают галогены при нагревании (см. гл. 16). Например

Реакционная способность по отношению к галогенам у -металлов возрастает по мере перемещения к нижней части группы.

Реакции с азотом. Металлы II группы, а также литий в I группе сгорают в азоте с образованием нитридов. Например

Реакции с серой. Все металлы I и II групп реагируют с серой, образуя сульфиды. Реакции между металлами I группы и серой протекают бурно. Например

Реакции с углеродом. Литий и натрий, а также металлы II группы реагируют с древесным углем, образуя ионные дикарбиды (другое их название - ацетилиды):

Дикарбидный (ацетилидный) ион имеет структуру

Реакции с водой и кислотами

Все металлы I группы восстанавливают холодную воду до гидроксидов и водорода. Например

Их реакционная способность по отношению к воде возрастает при перемещении к нижней части группы. Например, литий реагирует с водой относительно медленно, а калий реагирует с водой со взрывом, самопроизвольно загорается и горит фиолетовым пламенем.

Металлы II группы тоже восстанавливают воду, обычно до гидроксидов и водорода, например

Однако реакционная способность по отношению к воде у металлов II группы меньше, чем у соответствующих металлов I группы. Как и у металлов I группы, их реакционная способность по отношению к воде возрастает при перемещении к нижней части группы. Бериллий с трудом реагирует не только с холодной водой, но даже с паром. Магний медленно реагирует с холодной водой, но бурно реагирует с паром:

Реакционная способность металлов II группы по отношению к кислотам тоже возрастает по мере продвижения к нижней части группы:

Бериллий реагирует с кислотами лишь очень медленно.

Все щелочные металлы реагируют с кислотами со взрывом.

Реакции с аммиаком

Металлы I группы при взаимодействии с жидким аммиаком или при нагревании в парах аммиака образуют ионные амиды, например

Кальций, стронций и барий при взаимодействии с жидким аммиаком образуют амиды и водород. При нагревании в парах аммиака они образуют либо нитриды, либо гидриды:

Кристаллические алкалиды

Растворы щелочных металлов, за исключением лития, в аминах и эфирах содержат частицы трех типов:

катион щелочного металла

анион щелочного металла

сольватированный электрон

Образование катиона и аниона щелочного металла происходит в результате диспро-порционирования (см. разд. 10.2):

Это показывает, что атом щелочного металла способен либо отдавать свой единственный внешний s-электрон, образуя катион с электронной конфигурацией благородного газа, либо присоединять электрон, образуя анион с заполненной внешней s-орбиталью.

Катион в растворе может стабилизироваться, вступая в реакцию комплексообразования с краун-эфирам:

Образующаяся таким способом соль может быть кристаллизована из раствора. Подобные соли имеют общую формулу и называются алкалиды.

Качественный анализ на s-металлы по окрашиванию пламени

Металлы I группы и некоторые металлы из II группы имеют характерные реакции окрашивания пламени, которые используются в аналитических целях. Для проведения анализа по окрашиванию пламени пользуются платиновой проволочкой, смоченной концентрированной соляной кислотой; эту проволочку погружают в исследуемое вещество, а затем вносят в бесцветное пламя горелки. В табл. 13.7 указана окраска пламени, характерная для различных s-металлов.

Таблица 13.7. Окрашивание пламени s-металлами

Итак повторим еще раз!

1. s-Металлы образуют устойчивые ионы, имеющие такие же электронные конфигурации, как у атомов благородных газов.

2. s-Металлы характеризуются высокой мектроположителыюстыо.

3. s-Металлы имеют небольшие значения первой энергии ионизации и небольшие значения электроотрицательности.

4. Энергии ионизации s-металлов уменьшаются по мере перемещения к нижней части каждой из групп I и II.

5. s-Металлы при нормальных условиях представляют собой кристаллические вещества с металлической решеткой.

6. Невысокие температуры плавления и кипения, а также энтальпии плавления и испарения s-металлов обусловлены сравнительно слабыми металлическими связями в них.

7. Металлы 1 и II групп имеют довольно большие окислительно-восстановительные потенциалы и поэтому

а) легко окисляются,

б) обладают свойствами сильных восстановителей.

8. s-Металлы характеризуются высокой реакционной способностью.

9. s-Металлы реагируют с неметаллами, в том числе с кислородом, галогенами и серой.

10. Металлы I группы восстанавливают холодную воду до гидроксидов и водорода.

11. Металлы II группы обладают меньшей реакционной способностью по отношению к воде, чем металлы I группы.

12. Реакционная способность металлов I и II групп по отношению к воде возрастает по мере перемещения к нижней части каждой группы.

13. Многие s-металлы имеют характерные аналитические реакции окрашивания пламени.