62

7. ВЛАСТИВОСТІ S-ЕЛЕМЕНТІВ

7.1.Загальна характеристика s-елементів

Ватомах s-елементів заповнюється електронами s-підрівень зовнішнього рівня. При цьому на s-підрівні можуть знаходитися один чи два електрони (при наявності на передостанньому рівні двох або восьми електронів).

Уперіодичній системі всього 14 s-елементів (включаючи водень і

гелій).

Атоми елементів ІА-підгрупи мають на зовнішньому електронному рівні по одному s-електрону (ns1), а атоми електронів ІІА-підгрупи – по два s-елек- трони (ns2). S-елементи обох підгруп мають схожі властивості. У вільному стані вони – типові метали з високою хімічною активністю, сильні відновлювачі. У цих елементів валентними є винятково s-електрони. Атоми цих елементів не бувають акцепторами електронів, а навпаки, тільки донорами і виявляють лише позитивні ступені окислення (відповідно +1 і +2).

До ІА-підгрупи належать s-елементи: літій, натрій, калій, рубідій, цезій і францій, які називаються лужними металами, бо гідриксиди деяких з них

здавна відомі як луги. Лужні метали мають на зовнішньому електронному рівні атома по одному електрону (s1), сильно віддаленому від ядра, відзначаються низькими потенціалами іонізації (табл. 7.1).

Таблиця 7.1. Властивості s-елементів

Атоми їх легко віддають електрон, виявляючи ступінь окислення +1. Це найактивніші метали, відновлювальні властивості виражені у них особливо різко і посилюються зі збільшенням порядкового номера елемента.

63

ІІА-підгрупа періодичної системи об'єднує s-елементн: берилій, магній, кальцій, стронцій, барій і радій. За винятком берилію, все це – поліізотопні елементи. Випромінювання ізотопа 9038 Sr , що виникає при ядерних вибухах,

надзвичайно небезпечне, бо викликає променеву хворобу, лейкоз крові, саркому кісток.

Атоми ІІА-підгрупи мають на зовнішньому електронному рівні по два електрони (s2) з протилежними спінами. При затраті необхідної енергії один із електронів s-стану переходить у р-стан, тобто обидва електрони стають неспареними. Тому елементи ІІА-підгрупи виявляють ступінь окислення +2. При утворенні молекул ЕХ2 відбувається гібридизація s- і р-електронних хмар атома Е, утворюються молекули лінійної будови Х-Е-Х, дипольний момент яких дорівнює нулю (як, наприклад, у хлориду берилію BeCl2,

див. рис. 7.1).

Рис. 7.1. Лінійна молекула BeCl2

Магній, кальцій, стронцій, барій і радій, які входять до ІІА-підгрупи, називають лужно-земельними металами, оскільки гідроксиди їх мають лужні властивості, а оксиди схожі із оксидами алюмінію і важких металів (так званих "земель").

Берилій (і частково магній) істотно відрізняється від решти елементів ІІАпідгрупи, тобто від типових лужно-земельних металів. Низкою власти-востей берилій схожий на алюміній, а магній – на цинк.

7.2. Елементи ІА-підгрупи (водень, натрій, калій)

Водень. Водень Н (1s1) займає перше місце в періодичній системі елементів Д.І.Менделєєва. Атомна маса його 1,008 у.о.м. Радіус атома 10-8 см. Він має найпростішу будову: єдиний електрон знаходиться безпосередньо у сфері дії атомного ядра.

Водень одержують різними методами. Вони базуютьмся на такій реакції:

2Н+ + 2е → H2.

Головне джерело отримання водню – вода. Одержують водень також із кислот, основ і метану.

Молекула водню Н2 відрізняється великою міцністю. Щоб розкласти 1 моль молекул водню на атоми, необхідно затратити 433,4 кДж. Цим пояснюється порівняно невелика активність молекулярного водню при звичайній температурі. Підвищену реакційну здатність має атомарний водень. Він утворюється в момент виділення із сполук.

Робота з воднем потребує обережності. Водень горючий і в суміші з кис-

64

нем або повітрям утворює вибухову суміш. При досліді з воднем не можна запалювати водень, який виходить із приладу, попередньо не переконавшись у його чистоті. Для цього заповнюють пробірку воднем із приладу, а потім у пробірці підпалюють водень від пальника. Якщо водень горить спокійно, то

цим же палаючим воднем підпалюють водень, що йде із приладу.

Калій. (1s12s22p63s23p64s1) – елемент ІА-підгрупи періодичної системи елементів Д.І. Менделєєва.

У промисловості калій, як і інші лужні метали, одержують електролізом розплавлених гідроксидів або розплавлених хлоридів. Крім того, калій отримують дією металічного натрію на розплавлений гідроксид калію:

КОН + Nа → NaOH + К.

Хімічно калій дуже активний, на повітрі швидко окислюється. При внесенні летких солей калію в полум'я газового пальника полум'я забарвлюється у фіолетовий колір.

Цей елемент забезпечує для рослин перебіг такого важливого процесу, як фотосинтез, він активізує діяльність багатьох ферментів, підвищує гідрофільність колоїдів протоплазми. Оптимальне забезпечення рослин калієм підвищує осмотичний тиск у клітинному сокові, що сприяє зимостійкості рослин. Раціональне калійне живлення призводить до підвищення у рослин стійкості до збудників грибкових та бактеріальних захворювань.

Значна частина калію знаходиться в клітинному соку рослин, частина його адсорбується колоїдами, решта калію нообмінно утримується митохондріями в протоплазмі.

Сполуки калію – необхідна складова частина клітини тваринних організмів і людини. Калій необхідний для нормальної роботи м'язових клітин і нервової системи. Іони калію разом з іонами натрію беруть участь у проведенні нервового імпульсу за системою нейронів. Нормальний ритм роботи організму, зокрема ритм скорочення серця, підтримується при певному співвідношенні концентрацій іонів калію і натрію.

Калій впливає на роботу органів шкірного дотику, є важливим стимулятором росту.

В організмі людини міститься близько 3 10-6 г радіоактивного ізотопу калію К40, і його наявності людина завдячує невеликій постійній радіоактивності свого тіла – 5 103 розпадів атомів калію за секунду. До цього рівня активності організми в ході біологічної еволюції пристосувалися, і він став необхідним фактором нормальної життєдіяльності.

Натрій (1s12s22p63s1), як і калій, входить до складу багатьох мінералів і гірських порід. Більшість солей натрію добре розчиняється у воді. На відміну від солей калію, чимало солей натрію утворюють кристалогідрати:

Na2CO3 10 Н2О, Na2SO4 10 Н2О, Na2S2O3 5 Н2О та ін. Усі солі натрію забарвлюють полум'я газового пальника у жовтий колір.

7.3. Елементи ІІА-підгрупи (магній і кальцій)