Элементы s-блока (щелочные и щелочноземельные металлы)
Введение в элементы s-блока
Элементы s-блока расположены на левой стороне периодической таблицы. Они состоят из двух групп: группа 1, которая включает щелочные металлы, и группа 2, которая включает щелочноземельные металлы. Эти элементы характеризуются наличием внешних электронов в s-орбитали.
Общие характеристики элементов s-блока
Элементы s-блока имеют несколько отличительных свойств:
- Они металлические по природе.
- Они очень реакционны, особенно щелочные металлы.
- Они хорошие проводники электричества и тепла.
- У них низкая энергия ионизации и низкая электроотрицательность.
Щелочные металлы (элементы группы 1)
Щелочные металлы включают литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs) и франций (Fr). У них один электрон на внешней оболочке, что придает им своеобразные свойства.
Характеристики щелочных металлов
- Они мягкие и могут быть разрезаны ножом.
- Их температуры плавления и кипения ниже по сравнению с другими металлами.
- У них низкая плотность; например, литий, натрий и калий менее плотные, чем вода.
- Они быстро чернеют на воздухе из-за образования слоя металлического оксида.
Пример реакции щелочных металлов
Когда щелочные металлы реагируют с водой, они образуют щелочные растворы с выделением водорода. Например, натрий реагирует с водой следующим образом:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑
Тенденции изменения свойств щелочных металлов
По мере продвижения от лития к францию в группе 1:
- Атомные и ионные радиусы увеличиваются.
- Энергия ионизации уменьшается, поскольку расстояние внешнего электрона от ядра увеличивается.
- Реактивность возрастает, поскольку энергия ионизации уменьшается, что облегчает потерю внешнего электрона.
Щелочноземельные металлы (элементы группы 2)
Щелочноземельные металлы включают бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba) и радий (Ra). У этих элементов два электрона на внешней оболочке.
Характеристики щелочноземельных металлов
- Они тверже, чем щелочные металлы.
- Их температуры плавления и кипения выше, чем у щелочных металлов.
- Они плотнее, чем щелочные металлы.
- Они образуют бесцветные соединения, если только аннион сам не окрашен.
Пример реакции щелочноземельных металлов
Щелочноземельные металлы также реагируют с водой, но менее интенсивно, чем щелочные металлы. Магний реагирует с водой следующим образом:
Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2↑
Тенденции изменения свойств щелочноземельных металлов
По мере продвижения от бериллия к дирию в группе 2:
- Атомные и ионные радиусы увеличиваются.
- Энергия ионизации уменьшается.
- Реактивность возрастает, хотя и не так сильно, как у щелочных металлов.
Визуальный пример
Модель Бора натрия (Na
)
На этой диаграмме ядро находится в центре, окруженное двумя электронными оболочками. Валентные электроны натрия находятся на внешней оболочке.
Модель Бора магния (Mg
)
Для магния мы видим два электрона на внешней оболочке, что характерно для щелочноземельного металла.
Применение элементов s-блока
Как щелочные, так и щелочноземельные металлы имеют различные применения в промышленности и повседневной жизни:
- Натрий (Na): Используется в уличном освещении, в натриевых лампах, а также в производстве различных соединений, таких как гидроксид натрия и карбонат натрия.
- Калий (K): Важен в биологических функциях, используется в удобрениях и для производства некоторых видов стекла.
- Магний (Mg): Используется в производстве легких сплавов, в вспышечной фотографии и в качестве восстановителя при производстве титана.
- Кальций (Ca): Необходим для живых организмов, особенно в физиологии клеток, и используется для производства цемента и раствора.
Заключение
Элементы s-блока, которые включают щелочные и щелочноземельные металлы, играют важную роль в химии и имеют значительное значение в разных областях. Их свойства сильно зависят от их электронной конфигурации, и понимание этого может дать важную информацию о их реактивности и применении.