|
Читайте также: |
Элементы главных подгрупп I и II групп называются s-элементами, поскольку электронные конфигурации их валентного слоя: s[100] и s2 . Поэтому они проявляют ст.ок. (+1) и (+2) соответственно, и представлены в природе в виде солей. Это алюмосиликаты, хлориды, сульфаты, карбонаты и др.
Например, Э2SiO4 (где Э – Be или Mg); BaSO4 – барит (что значит «тяжелый»1);
Be3Al2(SiO3)6 – бериллы (их окрашенные образцы – это изумруды, аквамарины, александриты и др.). s-Элементы часто входят в состав двойных солей: (KNaCl2 ) – сильвинит, KMgCl3 ⋅ 6H O2 – карналлит, CaMg(CO3)2 – доломит и др.
Больше всего на Земле из Э данных групп Na (2,4%), Ca, Mg (по 2%) и K (1,4%). Они входят в восьмерку самых распространенных. Кларк остальных – 10−2 −10−3 %, лишь цезия значительно меньше (≈ 10−8 %). Радиоактивные Ra (10−10%) и Fr (следовые количества) находятся в продуктах распада урана и изучены мало. Подчеркнем, что Rb, несмотря на то, что его содержание в природе почти в 2 раза больше, чем меди, самостоятельных минералов не образует (как и Cs, сопутствует калию).
Отметим также, что многие соли s-элементов в силу их растворимости (вследствие высокой ионности связи (?)) являются компонентами грунтовых вод и, как следствие, вод рек, озер, морей и океанов. Например, доля MgCl2 в морской воде 0,38%, а в некоторых озерах до 30%; хлорида натрия в океане 2,5%, а в Мертвом озере – 20%. И если Na, в основном, представлен в гидросфере (1,5 ⋅106 т), то 99,8% K находится в литосфере (а в океане соотношение Na:K=40:1).
Такое распределение объясняется тем, что многие алюмосиликаты, в частности, глины, прочнее удерживают в себе более крупные ионы K, + чем Ca2+ или Na+. Поэтому при просачивании природных вод через почву в ней накапливается калий. Таким образом он становится доступным растениям, которым К необходим для плодоношения.
В живых организмах, напротив, больше ионов натрия (хотя необходим и калий) – массовая доля его в крови 0,3%, в костях – 0,6% и 1,5% – в мышечных тканях. Нужны организму также ионы Са, в меньшей степени Mg (находятся в костных тканях и в крови), а ионы Ве и Ва являются для него ядами.
Из-за наличия солей s-элементов в природной воде часто возникают неудобства при ее использовании. Так, ионы Са и Mg обусловливают жесткость воды (средней считается 2÷6 ммоль M 2+ в 1 л). Различают жесткость временную, создаваемую гидрокарбонатами M(HCO3)2 – устраняется сравнительно дешевыми методами: кипячением или добавлением гашеной извести; и постоянную – за счет солей MCl2 и MSO4 , она исчезает при обработке воды относительно дорогим реагентом - содой. В технике воду умягчают часто с помощью катионитов[101], ими заряжены также специальные очищающие насадки на бытовые краны.
Получают s-металлы электролизом расплавов [102] солей (чаще их смесей для снижения т.пл.; так, к NaCl добавляют KCl или NaF, к MgCl2 – NaCl и т.д.), а также металлотермически: К вытесняют натрием, Ва – алюминием, Mg – кремнием.
Чистые s-металлы серебристо - белые [103] (кроме серо-стального Ве и белого Mg). Они пластичны (хрупок лишь Ве) и низкоплавки. Благодаря последнему, Li и Na (которые кипят при 13370С и 8830С соответственно) используют как жидкие теплоносители на АЭС, а также для обогрева (при 400-6000С) химических реакторов.
Хранят s-металлы в запаянных ампулах или под слоем керосина, т.к. они вследствие малой прочности решетки и низкого значения I1 [104] очень неустойчивы на воздухе, кроме Ве и Mg (которые пассивируются оксидными пленками).
Литий на воздухе тоже покрывается пленкой из оксида (а также нитрида), поэтому загорается лишь при t > 2000 C, а Rb и Cs самовоспламеняются при об.у.; т.е. в подгруппах активность металлов возрастает за счет снижения Э.О. элементов и уменьшения прочности кристаллической решетки металла (см. значения т.пл. в табл. 11).
Отметим, что Mg сгорает с выделением большого количества световой энергии (в 15 раз ярче, чем уголь), поэтому смесь его порошка с окислителем используется в осветительных ракетах.
Вследствие разного значения Э.О. s-металлов продукты их окисления кислородом тоже различаются: LiO, Na2O2 , ЭO2 (где Э = К, Rb, Cs); СаО, BaO2 , т.к. по мере снижения Э.О. металла усиливается его стабилизирующее действие на молекулярные ионы кислорода: O2−2 и O (?). 2−
С галогенами s-металлы реагируют при об.у. (калий и его аналоги с Br2 и I2 со взрывом), а с серой, фосфором и др. при небольшом нагревании. С сухим водородом нагретые s-М (кроме бериллия) образуют гидриды.
В ряду напряжений ЩЗМ стоят далеко впереди водорода, поэтому вытесняют его даже из воды при об.у. (кроме Be – из-за пассивирующей пленки), но Mg – медленно, т.к. продукт реакции Mg(OH)2 малорастворим.
Характер взаимодействия ЩМ с водой тоже определяется кинетическим фактором, поэтому нет корреляции со значением E (0 табл. 11). Например, Li, имеющий самое низкое значение E, 0 тем не менее реагирует спокойно, т.к. не тонет в воде (самый легкий М из известных) и не плавится в ходе реакции, поскольку его т.пл. выше т.кип. воды (табл. 11).
Высокая восстановительная способность s-металлов используется в металлотермии и в органическом синтезе (применяются, в основном, Na, K и их (еще более легкоплавкий) сплав). С другими металлами они образуют сплавы, которые часто прочнее и коррозионно гораздо устойчивее ИПВ. Это бериллиевые бронзы (2-3% Ве в меди) или «электрон» (сплав Mg с 10% Al и 3% Zn). Последний к тому же легок (ρ=1,8 г/см3), поэтому применяется в авиа- и ракетостроении.
Введение Li и Са в свинец значительно улучшают его антифрикционные свойства (такой сплав идет на изготовление подшипниках вагонов и др.). А обавление к меди 0,02% Ве или 2% Li повышает ее электропроводность и т.д.
Таблица 11. Некоторые характеристики ЩМ
Дата добавления: 2015-07-25; просмотров: 47 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Соединения бора с азотом | | | Соединения s-элементов |