Лужні метали – властивості, для чого потрібні

Лужні метали – група неорганічних речовин, простих елементів Лужні метали таблиці Менделєєва. Всі вони мають схожу атомну будову і, відповідно, схожі властивості. До групи входять калій, натрій, літій, цезій, рубідій, францій і теоретично описаний, але ще не синтезований елемент унунненій. Перші п’ять речовин існують у природі, Франції — штучно створений, радіоактивний елемент. Свою назву лужні метали отримали через здатність утворювати луги у реакції з водою.

Всі елементи групи хімічно активні, тому на Землі зустрічаються лише у складі різних мінералів, наприклад, кам’яної, калійної, кухонної солі, бури, польового шпату, морської води, підземних розсолів, чилійської селітри . Францій часто супроводжує уранові руди; рубідій та цезій – мінералам з натрієм і калієм.

Властивості лужних металів

Атомний номерНазваЕлектронна конфігураціяr г/см3t плав. Ct кип. CЕОАтомний радіус, нмМіра окислення
3Літій Li[He] 2s10,531180,513470,970,157+1
11Натрій Na[Ne]3s10,9797,9882,91,010,191+1
19Калій K[Ar] 4s10,85963,657740,910,236+1
27Рубідій Rb[Kr] 5s11.5338,46880,890,253+1
55Цезій Cs[Xe] 6s11,8828.46780,860,274+1
87Францій Fr[Rn] 7s1+1

Усі представники групи – м’які метали, їх можна різати ножем, згинати руками. Зовнішньо – блискучі, білого кольору (крім цезію). Цезій відливає золотистим блиском. Легкі: натрій і калій легший за воду, літій спливає навіть у гасі. Класичні метали з гарною електро- та теплопровідністю. Горять, надають полум’ю характерного кольору, що є одним з аналітичних способів визначити тип металу. Лужні метали легкоплавкі, найбільш «тугоплавким» є літій (+180,5 ° С). Цезій тане прямо в руках за температури +28,4 °С.

калій, натрій, літій, цезій, рубідій, францій Активність групи збільшується зі зростанням атомної маси: Li →Cs. Мають відновлювальні властивості, у тому числі в реакції з воднем. Виявляють валентність -1. Бурхливо реагують із водою (усі крім літію — з вибухом); з кислотами, киснем. Взаємодіють із неметалами, спиртами, водним аміаком та його похідними, карбоновими кислотами, багатьма металами.

Калій та натрій є біогенними елементами, беруть участь у водно-сольовому та кислотно-лужному балансі людського організму, необхідні для нормальної циркуляції крові та функціонування багатьох ензимів. Калій важливий для рослин.

У нашому організмі є й рубідій. Його знайшли у крові, кістках, головному мозку, легенях. Він має протизапальну, протиалергічну дію, пригальмовує реакції нервової системи, посилює імунітет, позитивно впливає на склад крові.

Щільність лужних металів

Всі лужні метали мають однакову структуру (кубічну по центру тіла), і відповідно до цих ліній щільність-це маса загального числа атомів, які можуть поміститися в певному обсязі.

Основний фактор залежить від обсягу молекули і, отже, ядерного діапазону, що збільшується за групою; вздовж цих ліній об’єм атома лужного металу збільшується за групою.

Маса атома лужного металу також зростає, знижуючись групою. Таким чином, структура щільності лужних металів залежить від їх ядерних навантажень та радіусів ядер.

Якби були відомі значення цих двох факторів, можна було б визначити пропорції між щільностями лужних металів.

Ядерні властивості лужних металів

Усі лужні метали мають непарні ядерні числа; таким чином, їх ізотопи повинні бути або непарно-непарними (числа протонів і нейтронів непарні), або непарно-парними (число протонів непарне, проте число нейтронів парне).

Непарні – непарні ядра мають парні масові числа, тоді як непарні-парні ядра мають непарні масові числа.

Непарні – непарні первинні нукліди рідкісні у світлі того факту, що більшість непарних ядер надзвичайно нестабільні при бета-розпаді, на тій підставі, що елементи розпаду парні-парні, і, отже, все чіткіше пов’язані через вплив атомного змішування.

Атомний та іонний радіуси

Ядерні радіуси лужних металів збільшуються, знижуючись по групі. Через захисний вплив, коли частка має більше однієї електронної оболонки, кожен електрон відчуває електричну відразу від альтернативних електронів так само, як електричне тяжіння від ядра.

У лужних металах периферійний електрон просто відчуває чистий заряд +1, оскільки частина атомного заряду (що еквівалентно атомному номеру) відкидається внутрішніми електронами; кількість внутрішніх електронів лужного металу на одиницю менше, ніж атомний заряд.

Таким чином, першим фактором, що впливає на ядерний діапазон лужних металів є кількість електронних оболонок. Оскільки це число збільшується у групі, ядерний радіус дії також має зменшуватись у групі.

Лужний металСтруктура електронівУсього Електронів
літій (Li)2,13
натрій (Na)2,8,111
калій (К)2,8,8,119
рубідій (Rb)2,8,8,8,8,337
цезій (Cs)2,8,8,8,8,8,8,555
Франція (Фр)2,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,587

Енергія першої іонізації

Перша енергія іонізації компонента або частинки – це енергія, необхідна для переміщення електрона, що вільно утримується, від одного моля пароподібних атомів компонента або атомів, щоб сформувати один моль пароподібних частинок з електричним зарядом +1.

Факторами, що впливають на первинну енергію іонізації, є атомний заряд, міра захисту внутрішніми електронами та відокремлення від найбільш вільно утримуваного електрона від ядра, яке, безперечно, є зовнішнім електроном у компонентах фундаментальної групи.

Вихідні два компоненти змінюють життєздатний атомний заряд, який відчуває електрон, що найбільш вільно утримується.

Оскільки периферійний електрон лужних металів надійно відчуває еквівалентний вимушуючий атомний заряд (+1), першим фактором, що впливає на основну енергію іонізації, є відокремлення від найдальшого електрона до ядра.

Оскільки цей поділ піднімається групою, найдальший електрон відчуває менше тяжіння до ядра, і з цих лініях енергія первинної іонізації зменшується.

Реакційна здатність лужних металів

Реакційна здатність лужних металів підвищується зі зниженням групи. Це є наслідком поєднання двох факторів: першої енергії іонізації та енергії розпилення лужних металів.

Оскільки перша енергія іонізації лужних металів зменшується порівняно з групою, менш вимогливо, щоб периферійний електрон видалявся з атома та брав участь у хімічних реакціях, отже, реакційна здатність групи підвищувалася.

Електронегативність

Електронегативність – це хімічна властивість, яка відображає тенденцію атома притягувати електрони (або електронну товщину) до себе.

Якби зв’язок між натрієм та хлором у хлориді натрію був ковалентним, пара загальних електронів була б втягнута в хлор на тій підставі, що життєздатний атомний заряд зовнішніх електронів становить +7 у хлорі, але становить лише +1 у натрії.

Точки плавлення та кипіння

Температура плавлення речовини це коли воно змінює свій стан з твердого на рідке, у той час як температура кипіння речовини (в рідкому стані) – це коли тиск пари рідини дорівнює атмосферному тиску, що охоплює рідину, і вся рідина змінює стан на газ.

Коли метал нагрівається до температури плавлення, металеві зв’язки, що утримують атоми, слабшають, щоб молекули могли переміщатися, і металеві зв’язки у довгостроковій перспективі повністю руйнуються за температури кипіння металу.

Таким чином, падіння, температура плавлення та кипіння лужних металів показують, що якість металевих зобов’язань лужних металів знижується за групою.

Це тим, що частинки металу утримуються разом електромагнітної силою від позитивних частинок до делокализованным електронів.

Хімічні властивості лужних металів

Їхня хімія перевантажена втратою їхнього одиночного валентного електрона на периферійній s-орбіталі для отримання стану окислення +1 через простоту іонізації цього електрона і високої енергії другої іонізації.

Більшість хімії спостерігалася тільки в перших п’яти осіб із групи. Хімія Франція не вивчена через його дуже високий рівень радіоактивності; відповідно, запровадження його властивостей тут обмежено.

Те, що думають про Францію, свідчить про те, що вона виключно близька по провідності до цезію, що не дивно?

Фізичні властивості франція набагато схематичніші у світлі того факту, що масова складова ніколи не спостерігалася; згодом будь-яка інформація, яку можна знайти в тексті, безперечно, є теоретичною екстраполяцією.

Вони дуже активні у хімічному відношенні. Відновлювальна активність їх швидко зростає при переході від літію до Франції разом із збільшенням іонізації потенціалів.

Кисень повітря (при звичайній температурі) окислює за схемою:

4Е + O 2 = 2Е 2 O

Тому зберігають їх під шаром рідких вуглеводнів (гасу, бензолу). Найбільш активні з них – рубідій і цезій – самозаймаються на повітрі, інші загоряються при невеликому нагріванні.

Однак згоряння лужних металів тільки літій утворює нормальний оксид Li 2 O , натрій утворює пероксид Na 2 O 2 , а калій , рубідій та цезій – супероксиди складу Е 2 O 4 .

Інші елементарні окисники ( галогени , сірка , фосфор ) також досить легко окислюють лужні метали до галогенів, сульфідів, фосфатів; всі реакції протікають із теплоти.

З азотом за нормальної температури взаємодіє лише літій і виходить нітрит Li 3 N . Нагріваючи лужні метали в струмені газоподібного водню, отримують гідриди:

2Е + H 2 = 2ЕH

До того ж атоми водню відновлюються до негативно заряджених іонів Н⁻.

Маючи велике негативне значення стандартних електродних потенціалів, лужні метали окислюються навіть молекулами води з утворенням гідроксидів та виділенням вільного водню.

2Е + 2Н 2 О = 2ЕОН + Н 2 ↑

Ці реакції екзотермічні, унаслідок чого водень і метал зазвичай займаються.

Техніка безпеки при взаємодії

Лужні метали дуже небезпечні, здатні спалахувати і вибухати просто від контакту з водою або повітрям. Багато реакцій протікають бурхливо, тому працювати з ними допускається тільки після ретельного інструктажу, із застосуванням усіх запобіжних заходів, в захисній масці і захисних окулярах.

Розчини калію, натрію та літію у воді є сильними лугами ( гідроксиди калію , натрію, літію); контакт зі шкірою призводить до глибоких болючих опіків. Попадання лугів, навіть низької концентрації, у вічі може призвести до сліпоти. Реакції з кислотами, аміаком, спиртами проходять із виділенням пожежо- та вибухонебезпечного водню.

Лужні метали зберігають під шаром гасу або вазеліну у герметичних ємностях. Маніпуляції із чистими реактивами проводять в аргоновій атмосфері.

Слід ретельно стежити за утилізацією залишків після дослідів із лужними металами. Усі залишки металів попередньо мають бути нейтралізовані.

Де застосовуються лужні метали

  • Цезій та рубідій використовуються у фотоелементах, паливних елементах. Метали лужні
  • Цезій застосовується у джерелах струму, енергоємних акумуляторах, лічильниках радіоактивних частинок, гамма-спектрометрах для космічних апаратів; прилади нічного бачення та збройові приціли. Ізотопи цезію застосовуються для стерилізації харчової тари, медичних інструментів, м’ясних продуктів, ліків; вони входять до складу деяких ліків, що застосовуються для радіотерапії пухлин.
  • Рубідій входить до складу болезаспокійливих, снодійних, заспокійливих препаратів. Застосовується в телевізійних трубках, оптичних приладах, низькотемпературних джерелах струму, мастилі для космічних апаратів, високочутливих магнітометрах для космічних і геофізичних досліджень. Похідні рубідії використовуються в атомній промисловості, хімпромі, вакуумних радіолампах, високотемпературних термометрах.
  • Калій і натрій застосовуються в повітро-відновлювальних системах на підводних човнах та батискафах, в автономних протигазах та дихальних апаратах.
  • Літій затребуваний у джерелах струму, для виробництва підшипникових сплавів та літійорганічних сполук, як каталізатор у хімпромі.
  • Натрій застосовується в газорозрядних лампах, металургії; як теплоносій в атомній промисловості; у хімічній промисловості у процесах орг.синтезу.
  • У різних сферах промисловості та побуту використовується велика кількість похідних лужних металів, наприклад, харчова та кальцинована сода, кухонна сіль, натрієва та калійна селітра , нітрати, сульфати, карбонати, гідроксиди натрію, калію та літію та ін.

 

Залишити відповідь