Файл: Сравнение структуры и свойств водородных соединений s и рэлементов i и iv групп.docx

в - водородные соединения, реагирующие с водой с образованием щелочи или с кислотами с образованием солей ( NH3 и РН3), от водородных соединений, реагирующих с водой с образованием кислот,

г - слабые кислоты от сильных кислот.

В периодах с возрастанием порядкового номера гидриды сменяются сначала водородными соединениями с малой полярностью связей, совсем не взаимодействующими ни с водой, ни с кислотами, ни со щелочами, затем водородными соединениями, реагирующими с водой с образованием щелочи (начиная с III группы), слабой кислоты, сильной.[13]

5. Структура и свойства s-элементов II группы периодической таблицы
Атомы элементов II-A группы – Ве, Мg, Ca, Sr, Ba, Ra на внешнем электронном уровне имеют по два S-электрона (nS²).

Атомы металлов  группы отдают два валентных электрона внешнего уровня и превращаются в двухзарядные катионы, имеющие устойчивую конфигурацию инертного газа:



Степень окисления металлов  группы во всех соединениях равна +2.

1) Нахождение в природе.

Ве - мало распространен в земной коре. Он входит в состав некоторых минералов, берилл.

Mg - распространен в природе. В больших количествах встречается в виде карбоната Mg.

Са - самый распространенный элемент в природе. Встречается в виде отложений известников  и мела, мрамора(СаСо₃).

Sr,Ba - встречаются в природе в виде сульфатов и карбонатов, образуют минералы. Ra - редкий элемент. Радиогенный.

2) Физические свойства.

Ba - твердый, хрупкий, белый металл , образуется оксидная пленка, обладает защитными свойствами.

Mg - Серебристо-белый, легкий металл, быстро покрывается тонким слоем оксида.

Ca - ковкий, довольно твердый белый металл, на воздухе быстро покрывается слоем оксида.

Sr - мягкий серебристо-белый металл, обладает ковкостью и пластичностью , режется ножом.

Ba - Серебристо-белый, ковкий металл.

Ra - при нормальный условиях блестящий белый металл.

3) Химические свойства.

Be – не взаимодействует с водой;

-реагирует с кислотами с выделением водорода;

-в водный растворах щелочей растворяется;

-по химическим свойствам похож на алюминий;

---

-реагирует с галогенами-взаимодействует с аммиаком;

-взаимодействует с халькогенами;-не реагирует с водородом.

Mg – долго разлагает воду;

-легко растворяется в кислотах с выделением водорода;

-не взаимодействует с щелочами;

-взаимодействует с кислородом и азотом;

-горит в СО₂.

Са – очень активный металл;

-медленно реагирует с холодной водой;

-реагирует с галогенами;

-реагирует с активными неметаллами (кислород, хлор, бром). Проявляет восстановительные свойства:

Са+2Н₂О=Са(ОН)₂+H₂.

Sr, Ba – металлические свойства очень активные, быстро окисляются на воздухе;

-энергично взаимодействуют с водой;

Ва - реагирует с галогенами, с водородом, с аммиаком (при нагревании).

Ra- реагирует с водой. Ведет себя как стронций и барий, но более активен.

4) Получение.

Be-получают электролизом расплавов его соединений;

Ca-получают электролизом расплава, состоящего из CaCl2;

Mg-получают электролитическим методом - электролиз расплава смеси безводный MgCl2;

Sr - получают с помощью электролиза, восстановлением оксида хлорида, термическое разложение некоторых соединений.

Восстановительная активность элементов  II-A группы меньше, чем у щелочных металлов, т.к. их радиусы атомов меньше, а энергия ионизации больше по сравнению со щелочными металлами.

Стандартные электродные потенциалы металлов изменяются от – 1,70в у Ве до – 2,92в у Ra, поэтому в направлении от Ве к Ra возрастает восстановительная активность.

Бериллий с водой взаимодействует, он окисляется кислородом воздуха уже  при обычных температурах и образуется плотная пленка ВеО, защищающая металл.

Магний с водой реагирует, но скорость реакции весьма мала, она  делается заметной лишь при нагревании.

Кальций, стронций, барий и радий  реагируют с водой при обыкновенной температуре:

Э + 2Н2О = Э(ОН)₂ + Н₂.

Все металлы II-A группы с кислородом образуют оксиды состава ЭО.

Остальные оксиды элементов II-A группы имеют ионный характер, усиливающийся  от MgO к RaO.

Различают между собой и гидроксиды этой группы Be(OH)₂ – амфотерное основание, Mg(OH)

---

₂ – слабое основание, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂ и Ra(OH)₂ – сильные основания.

Элементы II-A группы легко взаимодействуют  с кислородом, галогенами, серой, азотами, образуя соединения с ионным характером связи.

Карбоната, сульфаты и фосфаты кальция, стронция и бария мало расворимы в воде, но их кислые соли хорошо растворяются, как и их хлориды, бромиды, йодиды и нитраты.[14]

---

6. Сравнение структуры и свойства водородных соединений s-элементов I и II групп.

Особенности строения металлов  и  группы и закономерности изменения их свойств с ростом заряда ядра атома группы отражены на рисунке 5.

Элементы обоих групп обладают сходными свойствами. В свободном  состоянии они – типичные металлы  с высокой химической активностью, и являются сильными восстановителями.

Валентными являются S-электроны. Атомы  этих элементов могут быть только донорами при образовании комплексных  соединений и проявляют положительные степени окисления для I-A группы + 1, для II-A группы + 2.


Рисунок 5 – Особенности строения металлов I и II групп

Таблица 4 – Сводная таблица сравнения элементов I и II групп [15]

Характеристика элементов IА- группы.	Общая характеристика элементов IIА-группы
I группа подразделяется на IА группу (s-элементы – щелочные металлы) и IB группу (d-элементы: медь, золото, серебро). Название «щелочные» обусловлено тем, что гидроксиды натрия и калия называют щелочами. В соединениях щелочных металлов преобладает ионный характер связи, степень окисления их атомов всегда равна +1. Высший оксид – Me2O имеют основный характер. Высшие гидроксиды MeOH – типичные растворимые основания, щелочи. Водородные соединения – MeH – гидриды.	II – группа подразделяется на IIА- группу (s-элементы – Be, Mg и щелочноземельные металлы (кальций, стронций, барий, радий). Название щелочноземельные обусловлено тем, что гидроксиды этих металлов - щелочи, а оксиды имеют историческое название «земли». В соединения этих металлов преобладает ионный характер связи. В соединениях имеют степень окисления равную +2. Высший оксид – MeO – основный хараетр, высший гидроксид – Me(OH)2 – типичные основания. Их относят к щелочам, хотя растворимость много меньше, чем гидроксидов щелочных металлов. Водородные соединения – гидриды – MeH2. С ростом порядкового номера элемента металлические свойства закономерно возрастают.
Физические свойства. Щелочные металлы – твердые вещества с металлическим блеском на срезе, легкие (самый легкий – литий), легкоплавкие, довольно мягкие. Поверхность покрыта пленкой, но она не защищает металл от окисления. Окрашивают пламя: литий – кирпично – красную, натрий – желтую, калий – бледно-фиолетовую.	В обычных условиях щелочноземельные металлы – твердые вещества с металлическим блеском на свежем срезе, легкие и более твердые, чем щелочные металлы. Кальций – не режется ножом, стронций и барий – мягче. Окраска пламени: кирпично-красная – за счет ионов кальция, желтовато-зеленая – за счет ионов бария. Цвет металлов – серебристо – белый.
Химические свойства. Являются восстановителями (особенно в реакциях с галогенами). При взаимодействии щелочных металлов с бромом происходит взрыв. В атмосфере хлора и фтора они воспламеняются. Нагретые щелочные металлы легко сгорают на воздухе или в кислороде образуют пероксиды; только при сгорании лития – оксид. Литий единственный металл, который реагирует с азотом с образованием нитрида, уже при комнатной температуре: Натрий реагирует с азотом при 100 0С, остальные металлы с ним не реагируют. Щелочные металлы взаимодействуют с фосфором при нагревании в атмосфере инертного газа (аргона): При нагревании щелочные металлы взаимодействуют с водородом с образованием твердых гидридов (NaH). Активно взаимодействуют с водой, с образованием щелочи и водорода. Рубидий и цезий взаимодействуют с водой со взрывом. Активно реагируют с разбавленными растворами кислот с образованием соли и водорода. Реагируют со многими органическими веществами: C2H5OH+ Na →C2H5ONa + H2 CH3COOH + Na → CH3COONa + H2	Все элементы IIА группы являются активными восстановителями.  Химические свойства рассматриваем на примере кальция. Степень окисления - +2. На воздухе окисляется, поэтому его хранят в закрытых сосудах, обычно в керосине. Реагирует с галогенами: Ca+Cl2 →CaCl2 С серой при нагревании: Сa+S → CaS С азотом и углем при нагревании: Ca+2C →CaC2 При сгорании на воздухе или в кислороде щелочноземельные металлы образуют оксиды: 2Ca+O2→2CaO Легко взаимодействуют с водой с образованием гидроксида металла (щелочи) и водорода, кальций с горячей водой реагирует очень активно. Сa+2H2O → Ca(OH)2 +H2 Щелочноземельные металлы активно взаимодействуют с разбавленными кислотами с образованием соли и водорода.
Получение. Получают натрий электролизом расплава поваренной соли. Реже – электролизом расплава щелочи	Получение. Кальций и стронций получают электролизом расплавов хлоридов.
Применение. NaOH, NaCl (поваренная соль),NaNO3, KOH, KCl, KNO3, K2CO3 (поташ).В природе щелочные металлы в свободном виде не встречаются. Входят в состав различных соединений. Литий – используется для получения трития – изотопа водорода, а также как теплоноситель в ядерных реакторах. Натрий – для синтеза некоторых органических соединений.	Соединения щелочноземельных металлов. Оксид кальция (CaO)- негашеная известь – белое кристаллическое вещество, гигроскопичное. Оксид кальция энергично реагирует с водой с образованием гидроксида кальция. Гидроксид кальция (гашеная известь). Смесь гашеной извести, песка и воды называется строительным материалом – известковым раствором. Применяют в качестве штукатурки. Гашеная известь (Ca(OH)2) – твердое вещество белого цвета, растворима в воде. Раствор гашеной извести в воде называется известковой водой. Она обладает щелочными свойствами. При пропускании через известковую воду оксида углерода – она мутнеет, а при дальнейшем пропускании муть исчезает: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O СaCO3 + H2O + CO2 →Ca(HCO3)2 Соли кальция: карбонат кальция – широко распространен в виде горной породы – известняка. Известняк, мел и мрамор преимущественно содержат карбонат кальция; нитрат кальция – кальциевая селитра; сульфат кальция двухводный – белое кристаллическое вещество, хорошо известное как гипс. Жесткость воды – совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде катионов кальция (Ca2+) и катионов магния (Mg2+). Если концентрация этих катионов велика, то воду называют жесткой, если мала – мягкой. Именно они придают специфические свойства природным водам. При стирке белья жесткая вода ухудшает качество тканей и требует повышенной затраты мыла и стирального порошка. В жесткой воде с трудом развариваются пищевые продукты, а сваренные в ней овощи невкусны. Очень плохо заваривается чай и теряется его вкус. В тоже время в санитарно-гигиеническом отношении эти катионы не представляют опасности.

---

---