blank

Задание 6 ЕГЭ по химии. Часть 1. Свойства простых веществ металлов и неметаллов.

С сегодняшней статьи и далее мы начинаем с вами изучать химию элементов главных и побочных подгрупп. В экзаменационной работе у нас начинается проверка знаний по этому массиву с 6 вопроса ЕГЭ по химии. Обратите внимание, что вопрос звучит как «характерные свойства простых веществ – металлов, щелочных, щелочноземельных, алюминия; переходных металлов: меди, цинка, хрома, железа. Характерные свойства простых веществ –неметаллов: водорода, галогенов, кислорода, серы, азота, фосфора, углерода, кремния». То есть по сути мы с вами должны будем рассмотреть достаточно объемный материал.  Начнем этот процесс с элементов главной подгруппы первой группы.

Элементы первой группы – водород и щелочные металлы

Элементы первой группы обладают минимальными значениями электроотрицательности.  Свойства элементов первой группы обусловлены присутствием в валентной оболочке атомов только s-электронов. Минимальное количество внешних электронов, сильное экранирующее действие основных электронов, минимальные значение эффективного заряда ядра – объясняет минимальные значения потенциалов ионизации и легкий переход в состояние катионов.

Элементы первой группы обладают вакантными р-орбиталями и незаполненной s-оболочки. А это в свою очередь способствует делокализации электронов и образованию металлического типа связи (вспоминайте предыдущую статью, мы очень подробно разбирали с вами типы связи). Элементы первой группы с единственным электроном валентного уровня могут вступать в реакцию с другими элементами, образуя одну ковалентную связь, либо терять электрон и образовывать однозарядный катион.

Помните, мы неоднократно обращали ваше внимание на то что не может быть речи о наличии стопроцентного одного вида связи (ковалентной, ионной и так далее). В том числе, что в реальных кристаллических структурах нет полного переноса электрона с одного атома к другому, то есть всегда кроме ионной связи есть некий процент ковалентной связи. Это процент уменьшается с ростом разности электроотрицательности элементов, образующих связь. Как указано нами выше, элетроотрицательность первой группы элементов ничтожно мала, и мы принимает, что во всех соединениях элементы первой группы присутствуют в виде однозарядных катионов.

Химические свойства щелочных металлов

Общие свойства щелочных металлов – это легкие, мягкие и блестящие металлы, вступающие в бурные реакции. Давайте рассмотрим их более подробно.

Литий – единственный элемент, вступающий при обычных условиях в реакцию с азотом.

Хранение металла возможно только без доступа воздуха.

При незначительном нагревании литий вступает в реакцию с водородом, углеродом. Фосфором и иными элементами с образованием бинарных соединений (вспоминайте, что такое бинарные соединения. Если не помните, вспомним в следующих статьях). Огромное значение имеет литий в реакциях органического синтеза (к примеру, с органическими галогенпроизводными металл образует литийорганические соединения). Данные вещества обладают высокой растворимостью в неполярных растворителях, что указывает на ковалентный характер связи лития и органического радикала. 

Натрий – самый распространенный в химической промышленности и лаборатории щелочной металл. Получают элемент при помощи электролиза расплава хлорида натрия с добавлением хлоридов калия и кальция.

blank

Металл легко вступает в реакцию с водой, окисляется кислородом и прочими элементами-окислителями такими как галогены, халькогены.  Хранение металла возможно только в запаянной колбе под слоем керосина.

Калий – еще более реакционноспособный элемент по сравнению с натрием и литием. Вступает в реакцию с неметаллическими элементами cо вспышкой, разлагает воду и большинство других веществ. При контакте с воздухом происходит воспламенение вещества и взрыв.

Элементы второй группы – щелочноземельные металлы.

В основном (невозбужденном) состоянии атомы элементов второй группы имеют электронную конфигурацию ns2. Это говорит об отсутствии неспаренных электронов и невозможности образования ковалентной связи. При взаимодействии атомов элементов второй группы с атомами иных элементов возникает два варианта развития события: возбуждение одного из электронов (переход его на р-орбиталь-  sp-гибридизация с дальнейшим образованием двух ковалентных связей или полная потеря двух электронов и переход в состояние двухзарядного катиона и дальнейшим электростатическим взаимодействием с анионами. Вакантные р-орбитали используются для образования донорно-акцепторных связей.

Магний. Весьма летучий материал с температурой кипения порядка 1000 градусов по шкале Цельсия. Это объясняет легкость протекания эндотермических реакций восстановления нелетучими восстановителями. Магний устойчив на воздухе при обычных условиях, но если металл находится в виде магниевого порошка и есть малейший его нагрев, то легко проходит реакция с водой (жидкая фаза) и с галогенами. Вступает в реакции с любыми кислотами с образованием катиона магния. На воздухе магниевая лента сгорает с образованием белого пламени, на выходе получаем смесь оксида магния и нитрида.

Аналогично литию металл вступает в реакцию с органическими соединениями с образованием магнийорганических веществ. Между атомами также наблюдается ковалентный тип связи, растворы магнийорганических соединений (реактивы Гриньяра) нашли широкое применение в органическом синтезе ( мы обязательно с  ними познакомимся когда будем рассматривать органику, это задания 11-18 егэ по химии).

Кальций, стронций, барий. Эти металлы аналогично натрию получают электролизом расплавленных хлоридов. В свободном виде представляют собой белые блестящие металлы.

Окисляются кислородом, галогенами и серой даже на холоде, вступают в реакцию с водой в жидкой ее фазе.

Бериллий. Легко окисляется на воздухе кислородом, однако прочная оксидная пленка предотвращает окисление металла. Не реагирует с водой (благодаря той же оксидной пленке). При нагревании сгорает в атмосфере серы, хлора и кислорода. По своим свойствам очень похож на алюминий, аналогично ему пассивируется кислотами-окислителями, проявляет амфотерные свойства.

Отдельно рассмотрим соединения щелочноземельных элементов с водородом.

Гидрид бериллия получают косвенным путем, представляет собой полимерное вещество подобное гидриду алюминия. Остальные металлы уже напрямую вступаю в реакцию с водородом.

Отдельным вопросом у нас в 6 задании егэ по химии выделен алюминий. Давайте его и рассмотрим в качестве представителя третьей группы.

Элемент третьей группы –алюминий.

blank
3d Aluminium element

Алюминий представляет собой мягкий белый металл с высокой теплопроводностью и электропроводностью. На внешних валентных орбиталях имеет три электрона, два на s-оритали и один на р-орбитали. Получают его электролизом раствора оксида алюминия в расплавленном гексафтороалюминате натрия при температуре 960-970 градусов. Окисляется кислородом и на поверхности металла образуется оксидная пленка, обладающая рядом свойств: несмотря на тонкий слой обладает высокой твердостью и прочностью, не подвергается гидратации и окислению. Защитная пленка приводит к высокой температуре воспламенения алюминия, а его высокая теплопроводность препятствует локальному разогреву. Это объясняет факт невозможности сжечь алюминий на воздухе, хотя реакция окисления алюминия кислородом воздуха с образованием оксида алюминия имеет очень высокий экзотермический эффект ( — 1 676 кДж).

Алюминий пассивируется большинством окислителей, в том числе и концентрированной азотной и серной кислотами. Но если происходит разрушение оксидной пленки (даже элементарным механическим воздействием) то алюминий практически моментально окислится кислородом и водой. А при взаимодействии с раствором соли ртути, ртуть выделится на поверхности алюминия образуя с ним раствор (амальгаму). Алюминий –сильный восстановитель. Это качество активно используется в алюмотермии. К примеру, алюминиевый порошок при нагревании восстанавливает оксиды хрома (трехвалентный) или оксид марганца (четырехвалентный). При этом металл, восстанавливаемый алюмотермически получается очень чистым, без примеси углерода. Метод активно используется для получения высокочистого никеля, кобальта, ванадия, титана и других металлов.

При стандартных условиях алюминий вступает в реакцию с галогенами (кроме фтора из-за образования поверхностного слоя в виде трифторида алюминия). Легко растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах с образованием аквакатиона. Реагирует с растворами щелочей с образованием гидроксоанионов.

Оставить Комментарий