Глава II. Щелочные металлы (s-металлы)

Щелочные металлы (s-металлы).

 

Щелочные металлы (s-металлы) – элементыIА группы периодической системы содержат на внешнем уровне по одному электрону (ns¹), который они стремятся отдать, образуя устойчивые катионы с электронной конфигурацией ближайшего благородного газа. Поэтому они проявляют во всех соединениях только одну степень окисления +1. Способность отдавать валентные электроны у щелочных Ме увеличивается по группе сверху вниз от Li к Cs, вследствие увеличения атомных радиусов.

Восстановительные свойства.

 

Щелочные Ме, являясь сильными восстановителями, активно реагируют со всеми веществами, проявляющими окислительные свойства: с неметаллами – галогенами, кислородом, серой, азотом, углеродом, водородом, а также с водой и кислотами.

1. С типичными неметаллами, такими как галогены и сера, щелочные Ме образуют соли – галогениды и сульфиды:

2Na⁰ + Cl₂⁰ = 2Na⁺Cl^- (хлорид натрия)

2Na⁰ + S⁰ = Na⁺₂S^-2 (сульфид натрия)

2. С кислородом щелочные Ме реагируют очень энергично, образуя при этом оксиды (Li) или пероксиды – нижестоящие щелочные Ме, в которых кислород имеет степень окисления -1:

4Li⁰ + O⁰₂ = 2Li₂⁺O^-2(оксид лития) (Li – O – Li)

2Na⁰ + O⁰₂ = Na⁺₂O^-₂ (пероксид натрия) (Na – O – O – Na)

3. Щелочные Ме реагируют не только с неметаллами – сильными окислителями, но и с химически малоактивными неметаллами, например с азотом, и даже с неметаллами, для которых более характерны восстановительные свойства, например с углеродом и водородом, заставляя их проявлять окислительные свойства:

6Li⁰ + 2N₂⁰ = 2Li⁺₃N^-3 (нитрид лития)

2Na⁰ + 2C⁰ = Na⁺₂C₂^- (карбид натрия)

2K⁰ + H⁰₂ = 2K⁺H^-(гидрид калия)

В результате образуются нитриды, карбиды, гидриды, в которых атомы азота, углерода, водорода проявляют отрицательные степени окисления. все эти соединения легко разлагаются водой с образованием гидроксида щелочного Ме и соответствующего водородного соединения неметалла:

Li₃N + 3H₂O = 3LiOH + NH₃↑

Na₂C₂ + 2H₂O = 2NaOH + C₂H₂↑

KH + H₂O = KOH + H₂↑

Реакция гидрида с водой является окислительно-восстановительной, т.к. гидриды за счет аниона Н^- являются сильными восстановителями, а окислителем выступает вода.

4. Щелочные Ме активно реагируют с водой (окислитель Н⁺) с выделением водорода и большого количества теплоты, которое увеличивается при переходе от лития к цезию и может приводить к взрыву в результате образования смеси из выделяющегося водорода и кислорода воздуха:

2Na⁰ + 2H⁺₂O = 2Na⁺OH + H⁰₂↑ + Q

5. Щелочные Ме чрезвычайно активно реагируют с кислотами с выделением водорода:

2Na⁰ + 2H⁺Cl = 2Na⁺Cl + H⁰₂↑

Однако с кислотами, в которых окислителем является не Н⁺, а другой элемент, например S⁺⁶ в концентрированной серной кислоте или N⁺⁵ в азотной кислоте, реакция идет с выделением продуктов восстановления серы или азота этих кислот:

8Na⁰ + 4H₂S⁺⁶O_4(конц.) = Na₂⁺S^-2 + 3Na⁺₂SO₄ + H₂O

Na⁰ – e = Na⁺

S⁺⁶ + 8e = S^-2

8Na⁰ + 10HN⁺⁵O_{3(очень разб.)}= N^-3H₄NO₃ + 8Na⁺NO₃ + 3H₂O

Na⁰ – e = Na⁺

N⁺⁵ + 8e = N^-3

Кислотно-основные свойства.

 

Оксиды и гидроксиды щелочных Ме имеют ярко выраженный сильноосновный характер. Они хорошо растворяются в воде, образуя щелочи:

Na₂O + H₂O = 2NaOH = 2Na⁺ + 2OH^-

Щелочи в водных растворах полностью диссоциируют на ионы и являются активными акцепторами протона за счет гидроксид-ионов. Они легко вступают в реакцию нейтрализации, проявляя свойства сильных оснований;

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

OH^- + H⁺ = H₂O

Кроме этого оксиды щелочных Ме вступают во все реакции, характерные для основных оксидов: с кислотными оксидами с образованием соли; с кислотами, с образованием соли и воды;

a) 3Li₂O + P₂O₅ = 2Li₃PO₄

б) K₂O + 2HNO₃ = 2KNO₃ + H₂O

K₂O + 2H⁺ = 2K⁺ + H₂O

Щелочи проявляют высокую химическую активность за счет гидроксид-аниона вступают в реакции: с кислотными оксидами с образованием соли и воды; с кислотами с образованием соли и воды; с растворимыми солями при условии, что один из продуктов выпадет в осадок; с амфотерными Ме с образованием комплексных соединений.

а) 2CsOH + SO₃ = Cs₂SO₄ + H₂O

2OH^- + SO₃ = SO₄ + H₂O

б) LiOH + HNO₃ = LiNO₃ + H₂O

OH^- + H⁺ = H₂O

в) 2NaOH + CuCl₂ = 2NaCl + Cu(OH)₂↓

2OH^- + Cu²⁺ = Cu(OH)₂↓

г) 2KOH + 2Al + 6H₂O = 2K[Al(OH)₄] + 3H₂↑

2OH^- + 2Al + 6H₂O = 2[Al(OH)₄]^- + 3H₂↑

Гидролиз солей.

 

Соли щелочных Ме устойчивы и хорошо растворимы в воде. Гидролиз этих солей по катиону не протекает, т.к. их катионам соответствуют сильные основания. Гидролиз солей щелочных Ме возможен только по аниону, если соль образована анионом слабой кислоты, например CH₃COONa_, K₂CO₃:

CH₃COONa: CH₃COO^- + H₂O ↔ CH₃COOH + OH^-

K₂CO₃: CO₃^2- + H₂O ↔ HCO₃^- + OH^-

В результате гидролиза солей щелочных Ме со слабыми кислотами их водные растворы всегда имеют щелочную среду.