165689 (624861), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Майже всі солі лужних металів добре розчиняються у воді, тому найчастіше їх добувають за обмінними реакціями нейтралізації

3NaOH + H₃PO₄ Na₃PO₄ + 3H₂O.

Солі лужних металів і слабких кислот гідролізуються у водних розчинах з утворенням лужного середовища, в якому рН >7:

СН₃СООNa + H₂O CH₃COOH + NaOH,

СН₃СОО^- + Na⁺ + H₂O CH₃COOH + Na⁺ + OH^-,

СН₃СОО^- + H₂O CH₃COOH + OH^-.

Якщо у складі солі є багатозарядний аніон слабкої кислоти, то така сіль гідролізується ступінчасто, наприклад, гідроліз карбонату натрію:

I ступінь: Na₂CO₃ + H₂O NaHCO₃ + NaOH,

2Na⁺ + CO₃^2- + H₂O Na⁺ + HCO₃^- + Na⁺ + OH^-,

CO₃^2- + H₂O HCO₃^- + OH^-;

ІІ ступінь: NaНCO₃ + H₂O H₂CO₃ + NaOH,

Na⁺ + НCO₃^- + H₂O H₂CO₃ + Na⁺ + OH^-,

НСО₃^- + Н₂О Н₂СО₃ + ОН^-.

Солі безкисневих кислот стійкі до нагрівання, при високих температурах вони просто переходять з твердого стану в рідкий розплав. Однак солі оксигенвмісних кислот не завжди витримують значне підвищення температури. Нітрати розкладаються, причому нітрат літію розкладається за однією схемою, а нітрати всіх інших лужних металів - за іншою, як показано на прикладі нітрату натрію:

4LiNO₃ 2 Li₂O + 4NO₂ + O_2,2NaNO₃ 2NaNO₂ + O₂.

Стійкість солей лужних металів до підвищених температур зростає згори вниз - від солей літію до солей цезію. Так, карбонат літію розкладається

Li₂CO₃ Li₂O + CO_2,

а карбонат натрію Na₂CO₃ та карбонати інших лужних металів плавляться без розкладання.

2.1.5 Застосування лужних металів та їх сполук

Деякі шляхи використання лужних металів та їх сполук вже були згадані у попередньому тексті. До того слід додати ще кілька моментів.

Металевий натрій - найширше застосований метал. Він використовується у металургії як відновник, для абсолютування органічних розчинників, як теплоносій в ядерних реакторах сумісно з калієм, для добування Na₂O₂, який, у свою чергу, застосовується для очищення та регенерації повітря в апаратах штучного дихання.

Сполуки натрію використовуються у медицині і багатьох галузях промисловості. Пероксиди застосувують для вибілювання тканин, гідроксид натрію - при виробництві целюлози, виготовленні мил і миючих засобів, штучного волокна, очищення мастил, виробництві барвників тощо. Фторид натрію використовують для просочення деревини і як флюс.

Металевий калій застосовують рідше, ніж натрій. Його використовують у металотермії та органічних синтезах для одержання сплавів з натрієм та іншими металами, а також для вимірювання поглинання рентгенівського випромінювання за допомогою калієвої пластинки. З нього одержують супероксид, який використовують у підводних човнах для регенерації повітря:

4КО₂ + 2CO₂ 2K₂CO₃ + 3O₂.

Сполуки калію застосовують у сільському господарстві як добрива, в стекольній промисловості, при виробництві рідкого мила та ін.

Рубідій та цезій застосовують для виготовлення фотоелементів. Інтерметалеві сполуки рубідію та цезію Rb₃Sb і Cs₃Sb використовують як напівпровідниковий матеріал при виготовленні фотокатодів. Багато комплексних сполук, що містять Rb і Cs, використовують в аналітичній хімії.

2.2 s-Метали ііа-підгрупи

Головна підгрупа ІІ групи періодичної системи елементів містить берілій Be, магній Mg і лужноземельні метали: кальцій Ca, стронцій Sr, барій Ba. Шостий елемент - радій Rа - є штучним радіоактивним елементом, одержаним під час ядерних реакцій. Берилій та магній не належать до лужноземельних металів, оскільки за своїми властивостями вони помітно відрізняються від лужноземельних металів: берилій за реакційною здатністю більше походить на алюміній, а магній окремими властивостями нагадує літій, а деякими іншими - цинк.

Електронна структура s-металів ІІ групи - ns². Найбільш характерний ступінь окиснення дорівнює +2. Перший потенціал йонізації І₁ вищий, ніж у s-металів ІА-підгрупи, що є наслідком зростання заряду ядра і зменшення атомних радіусів порівняно з лужними металами, а також підвищеної стійкості повністю заповненої електронами ns²-конфігурації на відміну від ns¹.

Метали ІІА-підгрупи - це речовини, що мають більшу твердість і меншу активність, ніж лужні метали.

У межах ІІА-підгрупи хімічна активність металів зростає згори вниз, причому, за багатьма своїми показниками різко виділяється берилій.

Вони виявлять певну схильність до утворення ковалентних зв’язків, особливо Be, сполуки якого у розчинах і в твердому стані мають переважно ковалентні зв‘язки. У магнію теж спостерігається тенденція до утворення ковалентних зв’язків, а Са, Sr і Ba, навпаки, утворюють частіше йонні зв’язки. У розчинах ці метали знаходяться, в основному, у вигляді йонів Ме²⁺. Незважаючи на те, що електронегативності (ЕН) і потенціали (або енергії) йонізації у лужноземельних металів більші, ніж у лужних, їх стандартні електродні потенціали (табл.3) мають близькі значення з металами ІА-підгрупи внаслідок великої енергії гідратації йонів Ме²⁺:

Ме·aq²⁺ +2 ē Me (тв).

Всі йони Ме²⁺ мають менші радіуси і поляризуються значно менше, ніж Ме⁺, тому їх солі майже не відхиляються від йонністі, яка зумовлюється поляризацією катіонів. Проте катіони магнію Mg²⁺ і особливо берилію Be²⁺ завдяки їх поляризувальній здатності помітно поляризують аніони, з якими контактують, - саме з цієї причини спостерігається тенденція до утворення ними ковалентних зв’язків.

Таблиця 3 - Властивості металів ІІА-підгрупи

Метал	4Be	12Mg	20Ca	38Sr	56Ba	88Ra
Атомна маса	9,01	24,31	40,08	37,62	137,34	[226]
Електронна конфігурація	[He] 2s2	[Ne] 3s2	[Ar] 4s2	[Kr] 5s2	[Xe] 6s2	[Rn] 7s2
Атомний радіус, нм	0,113	0,160	0, 197	0,215	0,221	0,235
Радіус йона, нм	0,034	0,074	0,104	0,120	0,138	0,144
Енергія йонізації, еВ	9,32	7,65	6,11	5,69	5,21	5,28
Електро-негативність	1,5	1,2	1,0	1,0	0,9	0,9
Електродний потенціал, В	-1,85	-2,31	-2,57	-2,89	-2,90	-

В основі добування металів ІІА-підгрупи лежить реакція їх відновлення їз сполук за допомогою сильних відновників чи електричного струму. Берилій відновлюють із фторидів, а барій - із оксидів при високих температурах за схемами

BeF₂ + Mg Be + MgF_2,3BaO + 2Al 3Ba + Al₂O₃.

Інші метали - електролізом розплавів, наприклад:

CaCl₂ Ca + Cl_2, Катод: Ca²⁺ +2 ē Ca^o, Анод: 2Cl^- - 2 ē Cl₂^o.

Крім того, магній добувають металотермічним методом (при прокалюванні доломиту при 1300^оС з феросиліцієм чи алюмосиліцієм, в якому відновником виступає Si)

2 (CaO·MgO) + Si Ca₂SiO₄ + 2Mg,

чи за тією ж схемою - вугільнотермічним методом (відновленням магнійвмістних сполук за допомогою вугілля С в електропечах при 2100^оС).

2.2.1 Поширення у природі

У земній корі міститься берилію - 0,0005%, магнію - 1,95%, кальцію - 3,38%, стронцію - 0,014%, барію - 0,026%, радій - штучний елемент. У природі елементи ІІА-підгрупи, крім штучно одержаного радію, зустрічаються лише у вигляді складних сполук - силікатів, карбонатів, сульфатів, фосфатів тощо. Найважливішими є такі мінерали: берилію - берил 3BeO·Al₂O₃·6SiO_{2 (}до речі, прозорі забарвлені домішками різновиди берила є дорогоцінними каміннями: зелений - ізумруд, блакитний - аквамарин), фенакит Be₂SiO₄, хризоберил BeO·AL₂O₃; магнію - магнезит MgCO₃, доломит MgCO₃·CaCO₃, бішофіт MgCl₂·6H₂O, каїніт KCl·MgSO₄·3H₂O, карналіт KCl·MgCl₄·6H₂O; кальцію - кальцит (крейда, вапняк, мармур) CaCO₃, гіпс CaSO₄·2H₂O, флюорит (плавиковий шпат) CaF₂, фторапатит 3Ca₃ (PO₄) ₂·CaF₂, фосфорит Ca₃ (PO₄) ₂; стронцію - целестин SrSO₄, стронцініт SrCO₃; барію - барит BaSO₄, вітерит ВаСО₃.

2.2.2 Фізичні властивості

У вільному стані всі метали ІІА-підгрупи - сріблясто-білі речовини за винятком берилію, який має світло-сірий колір.

Загальна закономірність змінення фізичних властивостей нагадує лужні метали (табл.4).

За винятком берилію та радію, всі вони є достатньо ковкими, пластичними і м’якими, хоч і твердіші за лужні метали. Берилій відрізняється значною твердістю та крихкістю, барій при різкому сильному ударі розколюється на окремі шматки.

Таблиця 4 - Фізичні властивості металів ІІА-підгрупи

Метал	Густина, г/см3	Тпл., К	Ткип., К
Be	1,85	1557	2700
Mg	1,74	923	1380
Са	1,55	1124	1760
Sr	2,63	1041	1640
Ва	3,76	983	1910
Ra	6,0	970	1410

Температури плавлення та кипіння цих металів вищі, ніж у лужних, причому із зростаннім порядкового номера Т_пл. змінюються не монотонно, що пов’язано зі зміненою типу кристалічних решіток. У кристалічному стані за звичайних умов берилій та магній мають гексагональну кристалічну решітку, кальцій та стронцій - кубічну гранецентровану, а барій - кубічну об’ємоцентровану. Від Be до Mg при однаковому типі решітки температури плавлення зменшуються. При переході від Mg до Са змінюється тип кристалічної решітки, тому Т_{пл. (}Mg) < Т_{пл. (}Са). Потім, починаючи від Са, темпратури плавлення знов зменшуються

Тип зв’язку - металічний - зумовлює високу тепло - і елекропровідність. Найслабшим провідником електричного струму є берилій.

Крім радію, метали підгрупи ІІА є легкими. Ход змінення густин повинен бути монотонним, але з цього ряду випадають магній та кальцій. Справа в тому, що при зростанні порядкового номера по підгрупі збільшуються об’єми і маси атомів і тому можна було б очікувати зростання густини. Але насправді при переході від Mg до Ca радіус атома змінюється дуже різко, а маса - мало, що й призводить до стрибка густини.

Берилій та магній покриті оксидною плівкою і не змінюються на повітрі. Завдяки хімічній активності та для запобігання взаємодії з повітрям лужноземельні метали зберігать у запаяних ампулах під шаром гасу чи вазелинового масла.

Характеристики

Список файлов курсовой работы