Положение металлов в периодической таблице и их свойства

В зависимости от электронного строения атомов все элементы можно подразделить на металлы и неметаллы. Большинство элементов расположенных в периодической системе Д. И. Менделеева характеризуются металлическими свойствами (табл. 1). Ряд элементов проявляет амфотерные свойства.

Металлические свойства элементов определяются способностью атомов при взаимодействии частично или полностью смещать электронные облака к другим атомам или «отдавать» электроны, т е. проявлять при взаимодействии с атомами других элементов восстановительные свойства.

К самым активным металлам относятся элементы с низкой энергией ионизации и низкой электроотрицательностью, с максимально большим радиусом атома и малым числом электронов на внешнем слое.

Металлы расположены в 1 и 2 группах, а также образуют побочные подгруппы 3–8 групп. Металлы в основном располагаются в левой части периодической системы.

По мере заполнения наружной электронной оболочки число электронов на внешнем слое у атомов элементов растет, а радиус атомов уменьшается, поэтому они в большей степени стремятся присоединять электроны, а не отдавать их. В связи с этим в периоде металлические свойства у элементов уменьшаются, а неметаллические свойства – увеличиваются.

Металлы, имея больший радиус, характеризуются более низкими значениями энергии ионизации, сродства к электрону и электроотрицательности по сравнению с атомами неметаллов. Поэтому у металлов преобладают восстановительные свойства, т. е. способность атомов отдавать электроны.

Особенно ярко восстановительные свойства выражены у атомов металлов I и II групп главных подгрупп или у s-элементов. Самый сильный восстановитель – франций, а в водной среде – литий, за счет более высокого значения энергии гидратации.

Число элементов, проявляющих металлические свойства, внутри периодов по мере увеличения номера периода возрастает. Так, во втором периоде два элемента проявляют металлические свойства, в третьем – три, в четвертом – тринадцать и т. д.

В периодической таблице металлические элементы отделены от неметаллических элементов диагональной линией, проходящей от бора к астату. Вдоль этой границы располагаются элементы, проявляющие свойства металлов и неметаллов. К ним относятся бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма, теллур и астат, которые называются полуметаллами или металлоиды. Таким образом, внутри каждого периода имеется «пограничная зона», в которой располагается элемент, проявляющий двойственные свойства. Следовательно, переход от типичного металла к типичному неметаллу в периоде происходит постепенно, т. е. плавно.

Для металлов, как простых веществ, характерны такие свойства, как высокая электрическая проводимость, теплопроводность, металлический блеск, ковкость, пластичность.

Общность свойств металлов объясняется общностью в строении их кристаллических решеток. Однако по некоторым физическим свойствам (плотности, твердости, температурам плавления) металлы в значительной степени отличаются друг от друга.

Наименьшую плотность имеют щелочные металлы, а наибольшую – осмий. Самый легкий из металлов – литий (плотность 0,53 г/см3), а самый тяжелый – осмий (плотность 22,6 г/см3).

Металлы, плотность которых меньше 5 г/см3, условно принято называть легкими металлами, с плотностью больше 5 г/см3 – тяжелыми.

Металлы отличаются друг от друга и по твердости.

Самые мягкие металлы – щелочные металлы, они легко режутся ножом.

Самый твердый металл – хром, он режет стекло.

Металлы, температуры плавления которых выше 1000 оС, называют тугоплавкими, а ниже 100 оС – легкоплавкими. Самый легкоплавкий металл – ртуть (–38,9 оС), а самый тугоплавкий металл – вольфрам (+3390 оС).

Начиная с третьего периода, у атомов появляются новые подуровни, поэтому увеличивается число свободных орбиталей и, следовательно, возрастает число связей между атомами и появляется возможность образования сложных молекул, таких как комплексные соединения. В комплексных соединениях связь чаще всего образуется по донорно-акцепторному механизму. В роли акцептора, как правило, выступает положительно заряженный ион металла. Практически все элементы могут исполнять роль комплексообразователя, но наибольшее число комплексных соединений известно для d-элементов 4-, 5- и 6-го периодов системы. Следовательно, элементы побочных подгрупп более склонны к компексообразованию, чем элементы главных подгрупп.

Кислородные соединения металлов проявляют основные свойства. Металлы при взаимодействии с кислородом (прямом или косвенном) образуют основные оксиды, гидроксиды которых проявляют основные свойства:

Металл (Ме) → основной оксид (МехОу) → гидроксид или [Ме(ОН)х]

	основание
Mg	→ MgО → Mg(OH)2
2 Mg + O2 = 2 MgO;	MgO + H2O = Mg(OH)2

Оксид и гидроксид магния проявляют основные свойства, поэтому могут взаимодействовать с кислотными оксидами и с кислотами, например:

MgO + SO3 = MgSO4;	MgO + H2SO4 = MgSO4 + H2O
Mg(OH)2	+ N2O5 = Mg(NO3)2 + Н2О
Mg(OH)2	+ 2 НС1 = MgС12 + 2 Н2О

Основные свойства оксидов и гидроксидов в периоде уменьшаются:

Na2O – MgO – Al2O3

NaOH – Mg(OH)2 – Al(OH)3

Основные свойства в периоде уменьшаются

В группе основные свойства увеличиваются:

BeO – MgO – CaO – BaO