Вы растеряны? Утонули в море фактического материала по химии элементов? Хотите уметь предсказывать их свойства? Понять, каких реакций от них можно ожидать? Тогда этот курс для Вас. На основании периодического закона Д.И. Менделеева и современных представлениях о периодичности Вы научитесь: систематизировать материал; понимать сходство и отличие химических элементов в зависимости от их положения в Периодической системе; предсказывать химические свойства элементов и их соединений. Курс посвящен современному состоянию теории периодичности – развитию Периодического закона Д.И. Менделеева от открытия до наших дней. На многочисленных примерах раскрываются закономерности изменения свойств s, p, d, f-элементов и химических соединений, демонстрируется возможность прогнозирования важнейших характеристик веществ. Представлены современные направления развития неорганической химии в СПбГУ. Цель курса: привить обучающимся навыки анализа и предсказания свойств химических соединений с позиций Периодического закона Д.И. Менделеева. А именно, обучающиеся смогут предсказывать химические свойства элементов, состав и свойства химических соединений на основании положения элемента в Периодической системе.
1. Общие свойства элементов 1-й группы
Loading...
來自 Saint Petersburg State University 的課程
Неорганическая химия: Введение в химию элементов (Inorganic chemistry: Introduction to chemistry of the elements)
11 個評分
Saint Petersburg State University
11 個評分
與講師見面
Тимошкин Алексейдоцент, и.о. зав. каф. общей и неорганической химии
Институт Химии СПбГУ
Хрипун Василий ДмитриевичКандидат химических наук
кафедра общей и неорганической химии СПбГУ
Левин Олег Владиславовичканд. хим. наук, доцент
Кафедра электрохимии
Боярский Вадим Павловичд-р хим. наук, профессор
Кафедра физической органической химии
[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] Добрый день.
Сегодня мы обратимся к свойствам s-элементов.
Щелочные металлы расположены в первой группе периодической системы химических
элементов Дмитрия Ивановича Менделеева и имеют на своем валентном уровне
единственный s-электрон.
Соответственно, возможные степени окисления щелочных металлов — это 0,
+1 и −1, причем последние степени окисления малохарактерны.
Щелочные металлы были открыты в XIX веке.
В 1807 году Гемфри Дэви выделил в чистом виде калий
и натрий в результате электролиза расплавов соответствующих щелочей.
Литий был открыт позднее, в 1817 году шведским химиком Арфведсоном.
Рубидий и цезий были открыты в 1850‒1860 годах в результате
спектрального анализа соответстующих солей Бунзеном.
Названия «натрий» и «калий» настолько древние,
что их значение затерялось в веках.
Гидроксид натрия, едкий натр упоминается еще в источниках древнего Египта.
Греческое слово λίθος, от которого произошло название «литий»,
означает «камень», поскольку литий был первым
щелочным металлом, выделенным из минерального сырья,
в то время как соли натрия и калия были получены из золы органических соединений.
Названия «рубидий» и «цезий» связаны с их открытием методом спектрального анализа.
Rubidius в переводе с латыни означает «красный», а caesius — «небесно-голубой»,
что относится к наиболее яркому цвету, проявляемому в их спектрах.
Обратимся к свойствам атомов щелочных металлов.
Энергия ионизации щелочных металлов — достаточно низкая величина и является
самой низкой в каждом из периодов.
Таким образом степень окисления +1 реализуется очень легко.
С другой стороны, сродство к электрону щелочных металлов является положительной
величиной, что говорит о том, что процесс присоединения
электрона к атому щелочного металла энергетически выгоден,
и таким образом степень окисления −1 также может быть реализована.
Обратимся к физическим свойствам простых тел.
Щелочные металлы имеют серебристо-белый цвет,
и только цезий имеет золотистую окраску.
Температуры плавления щелочных металлов — низкие величины.
Температура плавления цезия — всего 27° C, это значит,
что его можно расплавить в руках.
Щелочные металлы, кроме этого, обладают также весьма низкой плотностью.
Плотность лития в два раза меньше плотности воды.
Это означает, что он не только плавает по поверхности воды,
но и не тонет в керосине.
Кроме этого, щелочные металлы можно разрезать с помощью ножа.
Основным источником натрия и калия в природе является морская вода.
Кроме этого они содержатся в большом количестве минералов.
Общая масса натрия и калия в земной коре составляет примерно 2 % по массе.
Содержание лития, рубидия и цезия невелико.
Натрий и калий получают в результате электролиза расплавов соответствующих
солей или гидроксидов.
Электролиз расплавов гидроксидов удобнее, потому что они обладают низкой
температурой плавления, а для электролиза расплавов солей необходимо
применять соответствующие добавки солей щелочноземельных металлов.
Рубидий и цезий из-за их малого содержания и химической активности получают
химическими способами путем восстановления щелочноземельными металлами или цирконием.
Обратимся к химическим свойствам щелочных металлов.
Щелочные металлы активно взаимодействует со всеми неметаллами,
образуя при этом степень окисления +1.
Взаимодействие с кислородом,
хлором и другими галогенами протекает интенсивно, со вспышкой и взрывом.
Взаимодействие с водородом происходит уже при комнатной температуре.
В результате образуются гидриды,
в которых щелочные металлы также имеют степень окисления +1, а водород — −1.
При окислении щелочных металлов кислородом воздуха образуются различные соединения.
Так литий при соединении с кислородом образует оксид,
натрий образует в основном пероксид с небольшой примесью оксида.
Калий, рубидий и цезий при взаимодействии с кислородом образуют надпероксиды.
Это связано с различным размером атомов щелочных
металлов при движении от лития к цезию.
Радиус иона лития значительно меньше радиуса иона цезия.
Таким образом для того, чтобы образовать плотную упаковку кристаллической решетки,
на один атом кислорода необходимо два атома лития,
тогда как на один атом цезия необходимо два атома кислорода.
При реакции с водой щелочных металлов образуются соответствующие гидроксиды.
При этом степень интенсивности взаимодействия меняется от лития к цезию.
Литий просто реагирует с водой, не образуя ни вспышек, ни взрывов.
Натрий может загораться только при незначительном доступе к нему воды,
тогда как калий, рубидий и цезий реагируют с водой со взрывом.
При взаимодействии кислородных соединений щелочных металлов с водой также
образуются соответствующие гидроксиды.
При этом если с водой реагирует оксид, то образуется только гидроксид.
Если реагирует пероксид, то наряду с гидроксидом образуется перекись водорода.
При взаимодействии надперекиси с водородом дополнительно выделяется кислород.
Щелочные металлы также могут взаимодействовать с любыми соединениями,
содержащими водород, которые являются потенциальными кислотами.
Так при взаимодействии щелочного металла с жидким аммиаком выделяется водород,
и образуются соответствующие амиды щелочных металлов.
При взаимодействии щелочных металлов и спирта образуются алкоголяты щелочных
металлов, и также выделяется водород.
Давайте посмотрим, как реагируют различные щелочные металлы с водой.
[ЗВУК] Поскольку
литий легче воды,
то он плавает по ее поверхности.
Взаимодействие лития с водородом протекает без вспышек и взрывов,
поскольку выделяющейся в процессе реакции энергии недостаточно
для воспламенения выделяющегося водорода.
[ЗВУК]
[ЗВУК] Натрий точно так же,
как и литий, взаимодействует с водой без вспышек и взрывов,
если он соприкасается с поверхностью воды,
поскольку теплоотвод от поверхности не позволяет натрию загораться.
[ЗВУК]
[ЗВУК] Если
же поместить натрий на фильтровальную
бумагу, которая препятствует теплоотводу из зоны реакции,
но при этом натрий продолжает соприкасаться с водой, то натрий плавится,
и при этом происходит его возгорание.
[ЗВУК] Если
добавить в раствор индикатор, то раствор окрашивается в малиновый цвет.
Это означает, что реакция раствора — щелочная.
[ЗВУК] Калий
взаимодействует с водой гораздо энергичнее, чем литий и натрий.
Взаимодействие протекает со вспышками и взрывом, поскольку выделяющееся тепло
поджигает водород и заставляет кусочки металла гореть.
Обратимся к восстановительным потенциалам щелочных металлов.
Все величины восстановительных потенциалов в водных растворах являются
отрицательными, что говорит о том,
что они выступают исключительно в роли восстановителей.
Следовало бы ожидать, что восстановительный потенциал уменьшается
при переходе от лития к цезию, однако это не так.
Наименьшей величиной восстановительного потенциала обладает ион лития.
Это связано с тем, что в величину восстановительного потенциала наряду
с энергией ионизации вносит вклад энтальпия гидратации.
Энергия ионизации действительно уменьшается при переходе от лития к цезию.
Наряду с этим также уменьшается энтальпия гидратации.
Энтальпия гидратации — наиболее экзотермичная величина для иона лития.
Этот факт имеет решающее значение для определения
восстановительного потенциала иона лития.
И таким образом восстановительный потенциал иона лития минимален среди всех
щелочных металлов.
