1.6.Применение

Рассмотренные выше элементы и их соединения играют колоссальную роль в народном хозяйстве, составляя арсенал современной и грядущей техники. Элементы – Li, Mg, Be, Ca, Na, Sr, K, Cs – относятся к стратегически важным.

Литий и бериллий используются в термоядерной энергетике, бериллий – служит в качестве отражателя и замедлителя нейтронов.

Cs – в двигателях ракет; Be, Mg, и Li – при производстве специальных сплавов для авиаракетной и космической промышленности. Бериллиевая бронза сплав Cu – Be, содержащая около 25% Be, обладает твердостью стали и высокой коррозионной стойкостью. Из нее изготавливают пружины и другие упругие элементы приборов и устройств.

Производство лития в мире сильно выросло в последние годы в связи с тем ,что его добавка в криолит – глиноземный электролит алюминиевого производства повышает его электропроводимость и позволяет уменьшить удельный расход электроэнергии при производстве алюминия. Кроме того, литий стал широко использоваться в литиевых миниатюрных батарейках для электронных часов и радиоэлектроники.

S – металлы используются в металлургии для получения некоторых металлов (Ti, Zr, Nb, Ta) металлотермическим способом . из соединений щелочных металлов наиболее применение находят – NaCl (электролитическое получение NaOH и Cl₂), NaHCO₃ (пищевая промышленность), Na₂CO₃ (производство глинозема Al₂O₃, стекла, мыла), NaOH(получение глинозема, вискозы, очистка нефтепродуктов, гидрометаллургия многих металлов), Na₂SO₄(производство стекла), KNO₃(производство удобрений, дымного пороха).

Бериллий, легко реагирующий со всеми газами, в электровакуумных приборах служит в качестве геттера – поглотителя газов.

BeO и MgO необходимы при производстве огнеупорных материалов, ими футируют (покрывают) стенки высокотемпературных печей.

Большинство солей бария (кроме BaSO₄)относятся к сильно токсичным веществам, нервным и мышечным ядам. Очень токсичны соединения бериллия, обладающие канцерогенным действием.

Вопросы и упражнения

1. Как изменяются радиусы и потенциалы ионизации атомов щелочных металлов с ростом порядкового номера элементов? Дайте объяснение наблюдающимся закономерностям на основе электронного строения атомов.

2. Охарактеризуйте устойчивость оксидов S – металлов по величинам , кДж/моль

MgO CaO SrO BaO

,кДж/моль -601 -6,36 -604 -583

2. Рассмотрите расположение лития в электрохимическом ряду напряжений и в периодической системе. Объясните кажущуюся аномалию, учитывая, что Е⁰_Li⁺_/Li = -3,05В

3. Докажите диагональное сходство химических свойств атомов бериллия – алюминия, мотивируя уравнениями реакций.

4. Предложите все возможные способы переходов по следующей схеме: NaCl  Na  NaOH  Na₂SO₃ NaHCO₃  NaCl

6. К равным объемам 0,1М растворов солей Be, Mg и Ca в отдельных стаканах приливают избыток раствора NH₄OH. Не прибегая к расчету, укажите, в каком из стаканов формульное количество (моль) осадка будет больше.

7. Растворимость Ca(OH)₂ в воде при 18⁰С составляет 8,21*10^-2г в 100г воды. Вычислите ПР.

8. Вычислите растворимость фторида бария в воде, если ПР = 1,1*10^-6.

9. В какую сторону смещены равновесия следующих реакций:

BaCO₃ + Na₂SO₄ = BaSO₄ + Na₂CO₃

CaCO₃ + Na₂SO₄ = CaSO₄ + Na₂CO₃

Hапишите уравнения сокращенным молекулярно-ионным способом, учитывая значения ПР. (ПР; ПР; ПР; ПР).

9. Напишите выражение констант равновесия для процессов:

2MgCl_2(T) + O_2(Г)  2MgO_(T) + 2Cl_2(Г)

LiH_(T) + H₂O_(Г)  LiOH_(Ж) + Н_2(Г)

2. Р – Металлы

Большая часть р – элементов относится к неметаллам. Металлические свойства сохраняются только у 9 элементов, причем элементы германий и сурьму можно лишь условно рассматривать как металлы, поскольку им характерны многие неметаллические свойства. Указанные р металлы имеют конфигурацию валентного слоя  ns² np^1-3,, где n = 3 – 6.

ІІІ А – гр. ІVA - гр. VA - гр.

увеличение

n = 3 Al радиуса атомов

n = 4 Ga Ge уменьшение

энергии ионизации

n = 5 Jn Sn Sb

усиление металлических

n = 6 Tl Pb Bi свойств

s²p¹ s²p² s²p³

В периодах слева направо атомные и ионные радиусы р - металлов по мере увеличения заряда ядра уменьшаются, энергия ионизации возрастает, металлически свойства ослабевают. В группах радиусы атомов и однотипных ионов закономерно увеличиваются. Энергия ионизации при переходе к 6р – элементам уменьшается, т.к. по мере возрастания числа электронных слоев усиливается экранирование заряда ядер электронами, предшествующими внешним электронам. С увеличением порядкового номера р – элементов в группе неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются.

Р – металлы, как правило, проявляют переменную степень окисления, причем в четных группах она четная, а в нечетных – нечетная. Так, у атомов Sb и Bi +3 и +5. При переходе от 3А – к 5А – группе высшая степень окисления р – металлов становится менее устойчивой, что объясняется увеличением энергетического различия между s- и р- орбиталями внешнего слоя атома и, уменьшением возможности участия в образовании химической связи внешних s- электронов.

В подгруппах с ростом порядкового номера устойчивость высшей степени окисления уменьшается. Так, в 3А – подгруппе характерной степенью окисления атома Jn является +3, а атома Tl +1; в 4А - подгруппе у атома Sn +4, а у атома Pb +2; в 5А – подгруппе у атома Sb +5, у атома Bi +3. Это также связано с уменьшением возможности участия в образовании химической связи s – электронов.

В отличие от s-, d- и f- металлов, которые проявляют только восстановительные свойства, р- металлы могут являться и окислителями, т.е. проявляют свойства неметаллов. Так, атомы Ge, Sn и Pb имеют низшую степень окисления (-4), атомы Sb и Bi (-3). Устойчивость отрицательной степени окисления в группах сверху вниз уменьшается, поскольку металлические свойства элементов усиливаются.

Особенностью р- металлов является то, что различия в свойствах соседних элементов как внутри группы, так и по периоду выражены значительно сильнее, чем у s- элементов.