Учебное пособие: Неорганическая химия
Учебное пособие: Неорганическая химия
1. Химия металлов
1.1 Общие сведения и классификация
Большинство химических
элементов относятся к металлам.
В атомах металлов внешние
электроны удерживаются значительно слабее, чем в атомах неметаллических
элементов. Металлы, как правило, имеют низкие потенциалы ионизации и выступают
в качестве восстановителей.
В соответствии с
особенностями электронной структуры и положением в периодической системе (ПС)
различают s-, p-, d-, f-металлы. К s-металлам относят элементы, у которых происходит заполнение
внешнего s-уровня. Это элементы главных подгрупп
I и II групп ПС – щелочные и щелочноземельные металлы. Они наиболее
сильные восстановители среди металлов. К числу р-металлов относят элементы III – IV групп, находящихся в главных подгруппах и расположенных
левее диагонали B-At. Металлические свойства этих
элементов выражены гораздо слабее. Металлы IV – VI групп,
примыкающие к диагонали B-At, типичные полупроводники (т.е. их
электрическая проводимость с повышением температуры увеличивается, а не
уменьшается). Характерная черта этих элементов – образование амфотерных
гидроксидов. Наиболее многочисленны d-металлы. В ПС они расположены между s- и p-элементами
и получили название переходных металлов. У атомов d-элементов происходит достройка d-орбиталей. Каждое семейство состоит из десяти d-элементов. Известны четыре d-семейства: 3d, 4d, 5d и 6d. Кроме Sc и Zn, все переходные металлы могут иметь
несколько степеней окисления. Максимально возможная степень окисления d-металлов +8 (OsO4). С ростом порядкового номера максимальная степень
окисления возрастает от III
группы до первого элемента VIII
группы, затем убывает. Эти Элементы типичные металлы. Химия изоэлектронных
соединений d-элементов весьма похожа. Элементы
разных периодов с аналогичной электронной структурой d-слоев образуют побочные подгруппы ПС (Cu-Ag-Au, Zn-Cd-Hg и т.д.). самая характерная
особенность d-элементов – исключительная
способность к комплексообразованию. Этим они резко отличаются от непереходных
элементов. Химию комплексных соединений часто называют химией переходных
металлов.
Металлы с достраивающимися
f-слоями образуют две группы очень
похожих между собой элементов – лантаноидов и актиноидов.
Небольшое число металлов
(Au, Ag, Pt, Hg) встречаются в природе в свободном
состоянии. Большинство же находится в виде минералов и руд. Среди наиболее
распространенных природных соединений металлов – оксиды, сульфиды, карбонаты,
силикаты, сульфаты.
В промышленности металлы
получают восстановлением соответствующих руд. Железо и сплавы на его основе
традиционно называют черными металлами. Cu, Zn, Sn, Pb и некоторые другие относят к цветным металлам.
При н.у. все металлы –
твердые кристаллические вещества, за исключением Hg – тяжелой подвижной жидкости (Тпл=-39°С).
1.2 Химия s-элементов
Щелочные металлы
Главная подгруппа I группы ПС, называется подгруппой
щелочных металлов, включает Li, Na, K, Rb, Cs, Fr (радиоактивный с наименьшим периодом полураспада Т1/2=22
мин.). Название подгруппы – щелочные металлы – отражает характерные особенности
химии этих элементов. Все они имеют один s-электрон на внешнем электронном слое и проявляют
окислительное число +1. Единственный валентный электрон атомов щелочных
металлов сравнительно слабо связан с ядром, поэтому потенциалы ионизации этих
элементов невелики.
Физические свойства
щелочных элементов приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Элемент |
Атомный номер |
Относительная атомная масса |
Атомный радиус, нм |
Ионный радиус, нм |
Энергия ионизации, эВ |
Окраска пламени |
Li |
3 |
7 |
0.155 |
0.066 |
5.390 |
Коричнево-красная |
Na |
11 |
23 |
0.189 |
0.095 |
5.138 |
Желтая |
K |
19 |
39 |
0.236 |
0.133 |
4.339 |
Фиолетовая |
Rb |
37 |
85 |
0.248 |
0.148 |
4.176 |
Красная |
Cs |
55 |
133 |
0.268 |
0.169 |
3.893 |
Фиолетовая |
В твердом состоянии
щелочные металлы хорошо проводят электрический ток. Это типичные металлы. Они
легкоплавки, быстро окисляются на воздухе (Cs со взрывом). Хранят щелочные металлы без доступа воздуха и
влаги, чаще всего под керосином. Свойства щелочных металлов закономерно
изменяются по группе с увеличением относительной атомной массы (таблица 2).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6 |