Общая характеристика и свойства металлов IА и IIА групп периодической системы элементов
Все элементы I и II А-групп Периодической системы, а также водород и гелий, относят к элементам. Все они, кроме водорода и гелия, — металлы. Металлы I группы называют щелочными, так как они реагируют с водой, образуя щелочи. Металлы II группы, за исключением бериллия и магния, называют щелочноземельными. Франций, завершающий I группу, и радий, завершающий II группу, радиоактивны.
Все s-металлы имеют во внешней оболочке по одному или два электрона, могут легко их отдавать, образуя ионы с устойчивыми конфигурациями благородных газов. Высокая восстановительная активность этих металлов проявляется в очень низких значениях их потенциалов (энергий) ионизации и электроотрицательностей.
Физические свойства. При обычных условиях s-металлы находятся в кристаллическом состоянии. Металлы I группы — мягкие и имеют небольшую плотность по сравнению с другими. Литий, натрий и калий легче воды и плавают на ее поверхности, реагируя с ней. Металлы II группы тверже и плотнее щелочных. Низкие значения температур плавления и кипения s-металлов объясняются сравнительно слабыми металлическими связями в кристаллических решетках этих металлов.
Распространенность в природе. Естественно, все s-металлы встречаются в природе только в виде соединений, либо в составе минералов (KCI, NaCI, СаСО3 и т. п.), либо в виде ионов в морской воде. Так, кальций, натрий, калий и магний по распространенности на Земле занимают соответственно пятое, шестое, седьмое и восьмое место. Стронций распространен в умеренных количествах. Остальные s-металлы составляют незначительную часть земной коры и океанических вод.
Химические свойства металлов
Все s - металлы горят в атмосфере воздуха, образуя оксиды одного или нескольких типов — нормальные оксиды состава Мe2О (I группа) и МеО (II группа), пероксиды состава Ме2О2 (I группа) и МеО2 (II группа), супероксиды состава МeО2 (I группа) и МеО4 (II группа).
Например, только литий сгорает на воздухе с образованием оксида
4Li + О2 = 2Li2O,
а натрий образует смесь пероксида и супероксида:
3Na + 2О2 = Na2O2 + NaO2.
Все s-металлы, за исключением бериллия, соединяются с водородом при нагревании, образуя гидриды; при взаимодействии с галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом и кремнием образуются соответственно галогениды, сульфиды, нитриды и фосфиды, карбиды и силициды.
2Na + H2 → 2NaH;
2K + Cl2 → 2KCl;
Сa + S → 2CaS;
6K+ N2 → 2K3N;
3Na + P → Na3P;
Ca + 2C→ CaC2;
2Mg + Si→ Mg2Si.
При взаимодействии щелочных металлов с водой образуются щелочи и водород. Активность металлов возрастает сверху вниз по группе.
Реакционная способность щелочноземельных металлов падает при перемещении снизу вверх II группы. Барий, стронций и кальций энергично реагируют уже с холодной водой:
Са + 2Н2О = Са(ОН)2 + H2.
С кислотами все щелочные металлы реагируют со взрывом, поэтому такие реакции специально не проводят. Щелочноземельные металлы также бурно реагируют с кислотами; исключением является бериллий.
Металлы I группы, а также кальций, стронций и барий при взаимодействии с жидким аммиаком или при нагревании в парах аммиака, образуют амиды и водород:
2Na + 2NH3 = 2NaNH2 + Н2.
Образующиеся амиды — кристаллы, легко гидролизующиеся с образованием щелочи и аммиака:
KNH2 + Н2О = КОН + NH3.
Щелочные и щелочноземельные металлы способны вступать в реакции и со многими другими органическими веществами, образуя большой набор так называемых металлоорганических соединений. Важнейшими из них оказались магнийорганические соединения типа R-Mg-X (R — алкильный или арильный радикал, X — галоген), называемые реактивами Гриньяра.
Получение. Свободные металлы получают электролизом расплавов их галогенидову чаще всего — хлоридов, образующих природные минералы.
Для получения магния в промышленных масштабах часто используют морскую воду. На первой стадии катионы Мg2+, содержащиеся в морской воде, осаждают в виде гидроксида магния:
Мg2+ + Са(ОН)2 = Мg(ОН)2 + Са2+.
Далее гидроксид превращают в хлорид магния с помощью соляной кислоты:
Mg(OH)2 + 2HCI = МgС12 + 2Н2О.
