Щелочные и щелочноземельные металлы

Наиболее активными среди группы металлов являются щелочные и щелочноземельные металлы. Это мягкие легкие металлы, которые реагируют с простыми и сложными веществами.

Общее описание

Активные металлы занимают первую и вторую группы таблицы Менделеева. Полный список щелочных и щелочноземельных металлов:

  • литий (Li);
  • натрий (Na);
  • калий (К);
  • рубидий (Rb);
  • цезий (Cs);
  • франций (Фр);
  • бериллий (Be);
  • магний (Mg);
  • кальций (Ca);
  • стронций (Sr);
  • барий (Ва);
  • радий (Ra).

Щелочные и щелочноземельные металлы

Рис. 1. Щелочные и щелочноземельные металлы в таблице Менделеева.

Электронная конфигурация щелочных металлов – ns1, щелочноземельных – ns2. Соответственно, постоянная валентность щелочных металлов — I, щелочноземельных — II. Из-за небольшого количества валентных электронов на внешнем энергетическом уровне активные металлы проявляют сильные восстановительные свойства, отдавая внешние электроны в реакциях. Чем больше энергетических уровней, тем меньше связи внешних электронов с атомным ядром. Поэтому металлические свойства увеличиваются в группах сверху вниз.

Из-за активности металлы I и II групп находятся в природе только в составе горных пород. Чистые металлы выделяют с помощью электролиза, прокаливания, реакции замещения.

Физические свойства

Щелочные металлы имеют серебристо-белый цвет с металлическим блеском. Цезий — серебристо-желтый металл. Это самые активные и мягкие металлы. Натрий, калий, рубидий, цезий режут ножом. По своей мягкости они напоминают воск.

Щелочные и щелочноземельные металлы

Рис. 2. Разрежьте натрий ножом.

Щелочноземельные металлы имеют серый цвет. По сравнению с щелочными металлами они более твердые и плотные вещества. Ножом можно разрезать только стронций. Самый плотный металл — радий (5,5 г/см3).

Наиболее лёгкими металлами являются литий, натрий и калий. Они плавают на поверхности воды.

Химические свойства

Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с простыми веществами и сложными соединениями, образуя соли, оксиды и щелочи. Основные свойства активных металлов описаны в таблице.

Взаимодействие

Щелочные металлы

Щелочноземельные металлы

С кислородом

Самосвечение на воздухе. Они образуют супероксиды (RO2), кроме лития и натрия. Литий образует оксид при нагревании выше 200°C. Натрий образует смесь пероксида и оксида.

Примеры:

– 4Li + O2 → 2Li2O;

– 2Na + О2 → Na2O2;

– Rb + O2 → RbO2

На воздухе быстро образуются защитные оксидные пленки. При нагревании до 500°С они самовозгораются.

Примеры:

– 2Mg + O2 → 2MgO;

– 2Ca + O2 → 2CaO

С неметаллами

Реагирует при нагревании с серой, водородом, фосфором:

– 2К + С → К2С;

– 2Na + H2 → 2NaH;

– 2Cs + 5P → Cs2P5.

С азотом реагирует только литий, а с углеродом — литий и натрий:

– 6Li + N2 → 2Li3N;

– 2Na + 2C → Li2C2

Реагирует при нагревании:

– Са + Br2 → CaBr2;

– Be + Cl2 → BeCl2;

– Mg + S → MgS;

– 3Са + 2Р → Са3Р2;

– Ср + H2 → SrH2

С галогенами

Бурная реакция с образованием галогенидов:

2Na + Cl2 → 2NaCl

С водой

Образуются щелочи. Чем ниже металл в группе, тем активнее реакция. Литий реагирует спокойно, натрий горит желтым пламенем, калий вспышкой, цезий и рубидий взрываются.

Примеры:

– 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2­↑;

– 2Li + 2H2O → 2LiOH + H2↑

Менее активны, чем щелочные металлы, они реагируют при комнатной температуре:

– Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2;

– Са + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

С кислотами

Они бурно реагируют со слабыми и разбавленными кислотами. Они образуют соли с органическими кислотами.

Примеры:

– 8К + 10HNO3 (концентрированная) → 8KNO3 + N2O + 5H2O;

– 8Na + 5H2SO4 (концентрированная) → 4Na2SO4 + H2S↑ + 4H2O;

– 10Na + 12HNO3 (разбавленный) → N2 + 10NaNO3 + 6H2O;

– 2Na + 2CH3COOH → 2CH3COONa + H2↑

Соли образуются:

– 4Sr + 5HNO3 (концентр.) → 4Sr(NO3)2 + N2O +4H2O;

– 4Ca + 10H2SO4 (концентрированная) → 4CaSO4 + H2S↑ + 5H2O

Со щелочами

–

Из всех металлов только бериллий вступает в реакцию:

Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2

С оксидами

–

Реагируют все металлы, кроме бериллия. Заменяет менее активные металлы:

2Mg + ZrO2 → Zr + 2MgO

Щелочные и щелочноземельные металлы

Рис. 3. Реакция калия с водой.

Щелочные и щелочноземельные металлы можно обнаружить с помощью качественной реакции. При горении металлы окрашиваются в определённый цвет. Например, натрий горит жёлтым пламенем, калий – фиолетовым, барий – светло-зелёным, кальций – тёмно-оранжевым.

Что мы узнали?

Щелочные и щелочноземельные металлы являются наиболее активными металлами. Это мягкие простые ткани серого или серебристого цвета небольшой плотности. Литий, натрий, калий плавают на поверхности воды. Щелочноземельные металлы тверже и плотнее щелочных металлов. Они быстро окисляются на воздухе. Щелочные металлы образуют супероксиды и пероксиды; только литий образует оксид. Интенсивно Реагирует с водой при комнатной температуре. При нагревании они реагируют с неметаллами. Щелочноземельные металлы реагируют с оксидами и вытесняют менее активные металлы. Со щелочами реагирует только бериллий .