Общая характеристика элементов I а группы. Особенности лития и его соединений.
В периодической системе всего 14 s -элементов (включая водород и гелий). Это элементы I А и II А групп. Элементы I А группы – щелочные металлы Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Все они имеют на внешнем электронном уровне атома по одному электрону ns1, сильно удаленному от ядра, с низким потенциалом ионизации. Всегда проявляют степень окисления +1.
Сверху вниз в подгруппе возрастает радиус атома элементов за счет возникновения новых электронных уровней.
В группах по мере увеличения числа энергетических уровнейатомные радиусы растут. Переход нейтрального атома в катион , сопровождается уменьшением радиуса поскольку в катионе заряд ядра удерживает меньшее число электронов. Очевидно, с возрастанием заряда ионный радиус катиона будет падать.
Энергия ионизации– это та энергия, которую необходимо затратить на отрыв внешнего электрона у невозбужденного атома. Строение внешних оболочек ns1, поэтому они имеют низкие энергии ионизации, уменьшающиеся при переходе по подгруппе сверху вниз. Связь электрона с ядром ослабевает при этом за счет увеличения радиуса атома и экранирования заряда ядра предшествующими внешнему электрону оболочками, увеличивается расстояние электрона от ядра и энергия ионизации уменьшается.
|
|
С ростом заряда ядра от Na к Fr усиливаются восстановительные свойства, это самые активные металлы лития равный -3,02 В по сравнению с ионами других щелочных металлов (ион Li°j отрицательные и имеют большое абсолютное значение. Наиболее отрицателен °j. Их стандартные электродные потенциалы + имеет среди них наименьший радиус), хороший комплексообразователь. Энтальпия гидратации катионов лития велика (∆Н° гидрат.= - 486,6 кДж/моль). Чем меньше алгебраическая величина потенциала, тем выше восстановительная способность этого металла и тем ниже окислительная способность его ионов. Металлический литий – самый сильный восстановитель, а ион Li+ самый слабый окислитель.
С увеличением порядкового номера, уменьшается относительная электроотрицательность (ОЭО).
Все щелочные металлы образуют одинаковую кристаллическую структуру. У щелочных металлов тип металлической структуры – объемно - центрированная кубическая упаковка (ОЦКУ).
Координационное число равно 8.
От Li к Cs увеличиваются размеры атомов и межъядерные расстояния в кристаллических решетках. Так как химическая связь большей длины является менее прочной, то по мере роста межъядерного расстояния уменьшается прочность кристаллических решеток, поэтому снижаются температуры плавления и кипения. Щелочные металлы активно окисляются кислородом воздуха при обычной температуре, поэтому их хранят под слоем керосина или бензина.
|
|
4Э + О2 = 2Э2О
Взаимодействуют с другими окислителями (галогенами, серой, фосфором), образуя соединения LiCl, Li2S, Li3P, NaBr, Na2S.
С азотом взаимодействует только литий при обычной температуре.
6Li + N 2 = 2Li3N
Нагревая щелочной литий в струе газообразного водорода получают гидрид.
2Li + Н2 = 2LiH-.
С кислородом образуют оксиды, пероксиды, надпероксиды, озониды.
4Li + O2 → 2Li2O – оксид лития
2Na + O2 → Na2O2 – пероксид натрия
K + O2 → KO2 – надпероксид (супероксид калия)
Пероксиды содержат диамагнитный ион О22-, надпероксиды– парамагнитный ион О2-.
Оксиды Na и K могут получиться при недостатке кислорода. Элементы могут образовывать озониды по реакции с озоном:
K + O3 → KO3
KOH + O3 → KO3 + O2 + H2O
Все озониды, пероксиды, надпероксиды сильные окислители и разлагаются водой.
KO2 + H2O → KOH + O2 + H2O2
KO2 + H2O(теплая) → KOH + O2
КО3 + H2O → KOH + O2
Причем разложение может идти как обменное взаимодействие.
Na2O2 + 2H2O → 2NaOH + H2O2
Оксиды щелочных металлов Ме2О – кристаллические термически устойчивые вещества, при взаимодействии с водой образуют щелочи.
Ме2О + Н2О = 2МеОH
Ме2O + H2O → 2MeOH лабораторные способы
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 ↑ получения щелочей
карбонатный способ получения щелочей:
Na2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + 2NaOH
В промышленности NaOH получают электролизом раствора поваренной соли:
NaCl + H2O электролиз → NaOH + Cl2 + H2
K (-) 2H2O + 2e = H2 + 2OH-
A (+) 2Cl- - 2e = Cl2
Этим способом получают достаточно чистый NaOH.
Оксиды и гидроксиды
Li2O Na2O K2O Rb2O Cs2O Fr2O | растворимость | LiOH NaOH KOH RbOH CsOH FrOH | сила оснований |
Гидроксиды щелочных металлов МеОН – твердые кристаллические вещества, легкоплавки, хорошо растворяются в воде с выделением тепла (кроме LiOH), полностью диссоциируют на ионы, сила оснований растет от Li к Fr.
Э®ЭОH + + OH-
Более активно реагируют с водой непосредственно щелочные металлы.
Интенсивность взаимодействия с водой увеличивается в ряду Li - Cs, Rb и Cs реагируют с Н2О со взрыво