Щелочные металлы — химические элементы и свойства

В периодической таблице щелочные металлы представляют собой группу или столбец, содержащий химические элементы, такие как литий (Li), натрий (Na), рубидий (Rb), калий (K), франций (Fr) и цезий (Cs). Эта группа находится в s-блоке периодической таблицы, поскольку все щелочные металлы имеют периферийный электрон на s-орбитали: эта общая электронная установка приводит к принципиально чрезвычайно похожим характеристикам. Несомненно, щелочные металлы дают лучший случай групповых структур в свойствах в периодической таблице с компонентами, демонстрирующими описанное гомологичное поведение. 

Щелочные металлы обычно являются блестящими, мягкими и очень реактивными металлами при стандартной температуре и давлении и быстро теряют свой самый дальний электрон с образованием катионов с зарядом +1. Все они могут быть эффективно разрезаны лезвием из-за их мягкой структуры, открывающей блестящую поверхность, которая быстро обесцвечивается на воздухе из-за окисления атмосферной влажностью и кислородом (и из-за лития, азота). Из-за их высокой реакционной способности их следует хранить под маслом, чтобы избежать реакции с воздухом, и обычно они обнаруживаются только в щелочах, а не в виде свободных компонентов. Цезий, пятый щелочной металл, является наиболее реактивным из значительного числа металлов. В классификации IUPAC щелочные металлы включают элемент группы 1, за исключением водорода (H), который якобы является компонентом группы 1, однако не всегда считается щелочным металлом, поскольку он редко проявляет поведение, идентичное поведению щелочных металлов. Все щелочные металлы реагируют с водой, причем более тяжелые щелочные металлы реагируют более интенсивно, чем более легкие. Большинство из всех обнаруженных щелочных металлов встречаются в природе в виде их соединений: по количеству наиболее часто встречается натрий, за ним следуют калий, литий, рубидий, цезий и, наконец, франций, что необычно из-за его невероятно высокой радиоактивности; франций встречается в природе как раз в мельчайших следах, на полпути к некоторым частям цепочек естественного распада. Испытания были направлены на то, чтобы попытаться объединить Ununennium (Use), который, вероятно, станет следующим человеком из группы, однако, все они потерпели неудачу. В любом случае унунениум не может быть щелочным металлом из-за релятивистских воздействий, которые, как ожидается, повлияют на свойства соединения сверхтяжелых компонентов; Независимо от того, окажется ли он щелочным металлом, ожидается, что он будет иметь несколько отличий по физическим и синтетическим свойствам от его более легких гомологов.

Большинство щелочных металлов имеют широкий спектр применения. Среди наиболее известных применений чистых компонентов выделяется использование рубидия и цезия в ядерных таймерах, из которых цезиевые ядерные тикеры являются наиболее точным и точным отображением времени. Типичное применение соединений натрия — это натриевая лампа, излучающая свет со всей эффективностью. Поваренная соль или хлорид натрия использовались с давних времен. Натрий и калий являются дополнительными основными компонентами, выполняющими важную естественную роль в качестве электролитов, и, несмотря на то, что другие щелочные металлы не являются основными, они также влияют на организм, принося пользу и вред.

Характеристики щелочных металлов

1. Физические и химические

Физические и химические свойства щелочных металлов могут быть быстро выяснены, если у них есть установка валентных электронов ns1, что приводит к хрупкой металлической фиксации. Отныне все щелочные металлы мягкие и имеют низкие плотности, температуры плавления и кипения, а также теплоту сублимации, испарения и диссоциации. Все они затвердевают в кубической структуре драгоценного камня, центрированной по центру тела, и имеют особые огненные оттенки на том основании, что их внешние электроны эффективно возбуждены со всех сторон. Установка ns1 также приводит к получению щелочных металлов огромных ядерных и ионных радиусов, а также высокой теплопроводности и электропроводности. Их химия подавлена ​​потерей уединенного валентного электрона на периферической s-орбитали для получения степени окисления +1, из-за простоты ионизации этого электрона и высокой энергии второй ионизации. Большая часть химии наблюдалась только у первых пяти человек из группы. Химия франция не решена из-за его очень высокого уровня радиоактивности; соответственно, введение его свойств здесь ограничено. То немногое, что думают о франции, показывает, что он исключительно близок по проводимости к цезию, что неудивительно? Физические свойства франция гораздо схематичнее в свете того факта, что массовая составляющая никогда не наблюдалась; впоследствии любая информация, которая может быть найдена в письменной форме, несомненно, является теоретической экстраполяцией. t осел из-за очень высокого уровня радиоактивности; соответственно, введение его свойств здесь ограничено. То немногое, что мы думаем о франции, показывает, что он исключительно близок по проводимости к цезию, что неудивительно? Физические свойства франция гораздо схематичнее в свете того факта, что массовая составляющая никогда не наблюдалась; впоследствии любая информация, которая может быть найдена в письменной форме, несомненно, является теоретической экстраполяцией. t осел из-за очень высокого уровня радиоактивности; соответственно, введение его свойств здесь ограничено. То немногое, что думают о франции, показывает, что он исключительно близок по проводимости к цезию, что неудивительно? Физические свойства франция гораздо схематичнее в свете того факта, что массовая составляющая никогда не наблюдалась; впоследствии любая информация, которая может быть найдена в письменной форме, несомненно, является теоретической экстраполяцией.

а. Литий

Химический состав лития несколько отличается от химического состава всего, что осталось от группы. Литий и магний имеют диагональные отношения из-за их сравнимых ядерных радиусов с целью продемонстрировать несколько сходств. Например, литий образует устойчивый нитрид — свойство, обычное для всех растворимых земельных металлов (группа магния), но исключительное для щелочных металлов. Кроме того, среди их конкретных групп только металлоорганические соединения со структурой лития и магния с критическим ковалентным характером (например, LiMe и MgMe2). Фторид лития — это первый галогенид щелочного металла, который плохо растворяется в воде, а гидроксид лития — это первый гидроксид щелочного металла, который не расплывается. И наоборот, перхлорат лития и другие щелочи лития с большим количеством анионов, которые могут Они значительно более устойчивы, чем соединения других щелочных металлов, по-видимому, в свете того факта, что Li + имеет высокую энергию сольватации. Это воздействие также означает, что самые простые литиевые щелочи обычно присутствуют в гидратированной структуре на том основании, что безводные структуры удивительно гигроскопичны: это позволяет использовать щелочи, такие как хлорид лития и бромид лития, в осушителях и системах с принудительной подачей воздуха.

б. Аналогичным образом ожидается, что франций

Франций продемонстрирует несколько контрастов из-за своего большого ядерного веса, заставляя его электроны перемещаться со значительными частями скорости света и, следовательно, делать релятивистские воздействия все более заметными. В отличие от модели уменьшения электроотрицательностей и энергий ионизации щелочных металлов, ожидается, что электроотрицательность и энергия ионизации франция будут выше, чем у цезия из-за релятивистской настройки электронов 7s; аналогично считается, что его ядерный диапазон странно мал. Следовательно, вопреки ожиданиям, наиболее восприимчивым из щелочных металлов является цезий, а не франций. 

2. Ядерные 

Все щелочные металлы имеют нечетные ядерные номера; таким образом, их изотопы должны быть либо нечетно-нечетными (числа протонов и нейтронов нечетные), либо нечетно-четными (число протонов нечетное, но число нейтронов четное). Нечетно-нечетные ядра имеют четные массовые числа, а нечетно-четные ядра имеют нечетные массовые числа. Нечетно-нечетные первичные нуклиды необычны в свете того факта, что большинство нечетно-нечетных ядер чрезвычайно нестабильны с бета-распадом на том основании, что элементы распада четно-четные и, следовательно, тем более решительно связаны из-за атомного смешения. ударов.

Периодические тенденции

Щелочные металлы больше похожи друг на друга, чем компоненты любой другой группы друг на друга. Например, при движении вниз по таблице все обнаруженные и признанные щелочные металлы демонстрируют расширение ядерного радиуса, уменьшение электроотрицательности, увеличение реакционной способности и уменьшение, растворение и образование пузырьков, точно так же, как температуры плавления и испарения. По большому счету, их плотность повышается при движении вниз по таблице, за исключением того, что калий менее густой, чем натрий.

1. Атомный и ионный радиусы.

Радиусы ядер щелочных металлов возрастают по группе. Из-за защитного удара, когда частица имеет более одной электронной оболочки, каждый электрон ощущает электрическое отталкивание от чередующихся электронов так же, как электрическое притяжение от ядра. В щелочных металлах периферийный электрон просто ощущает чистый заряд +1, поскольку часть атомного заряда (который эквивалентен атомному номеру) сбрасывается внутренними электронами; количество электронов, входящих в щелочной металл, всегда на единицу меньше заряда атома. Таким образом, первым фактором, влияющим на ядерный диапазон щелочных металлов, является количество электронных оболочек. Поскольку это число растет вниз по группе, ядерный диапазон также должен двигаться вниз по группе.

Щелочной металл	Электронная структура	Всего электронов
литий (Li)	2,1	3
натрий (Na)	2,8,1	11
калий (К)	2,8,8,1	19
рубидий (Rb)	2,8,8,8,8,3	37
цезий (Cs)	2,8,8,8,8,8,8,5	55
франций (фр.)	2,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,5	87

2. Первая энергия ионизации.

Первая энергия ионизации компонента или частицы — это энергия, необходимая для перемещения наиболее свободно удерживаемого электрона от одного моля парообразных атомов компонента или атомов, чтобы сформировать один моль парообразных частиц с электрическим зарядом +1. Факторами, влияющими на энергию первичной ионизации, являются заряд атома, степень защиты внутренними электронами и отделение наиболее слабо удерживаемого электрона от остова, который, несомненно, является внешним электроном в основных компонентах группы. Первые два компонента изменяют жизнеспособный атомный заряд, который чувствует наиболее слабо удерживаемый электрон. Поскольку периферийный электрон щелочных металлов надежно ощущает эквивалентный заряд атома (+1), первым фактором, влияющим на основную энергию ионизации, является расстояние от самого дальнего электрона до остова.

3. Реакционная способность

Реакционная способность щелочных металлов возрастает по группе. Это результат сочетания двух факторов: энергии первой ионизации и энергии атомизации щелочных металлов. Поскольку первая энергия ионизации щелочных металлов уменьшается вниз по группе, для периферийного электрона менее требовательно вытеснение из атома и участие в химических реакциях, следовательно, повышение реакционной способности вниз по группе.

4. Электроотрицательность

Электроотрицательность — это химическое свойство, которое описывает тенденцию атома притягивать электроны (или толщину электронов) к себе. Если бы связь между натрием и хлором в хлориде натрия была ковалентной, пара общих электронов была бы втянута в хлор на том основании, что жизнеспособный атомный заряд на внешних электронах равен +7 в хлоре, но всего +1 в натрии.

5. Точки плавления и кипения.

Точка плавления вещества — это когда оно меняет свое состояние с твердого на жидкое, в то время как точка кипения вещества (в жидком состоянии) — это когда давление пара текучей среды эквивалентно атмосферному давлению, охватывающему жидкость, и вся текучая среда меняет состояние. к газу. По мере того, как металл нагревается до точки плавления, металлические связи, удерживающие атомы в образованном состоянии, истощаются с целью, чтобы молекулы могли двигаться, а металлические связи в конечном итоге полностью разрываются при температуре кипения металла. Следовательно, температуры падения, плавления и кипения щелочных металлов демонстрируют, что качество металлических обязательств щелочных металлов снижается по группе. Это происходит на том основании, что металлические частицы удерживаются вместе электромагнитной силой от положительных частиц к делокализованным электронам.

6. Плотность

Все щелочные металлы имеют аналогичную структуру (объемно-центрированная кубическая), и в соответствии с этими линиями плотность — это масса общего числа атомов, которые могут поместиться в определенном объеме. Главный фактор зависит от объема молекулы и, следовательно, от ядерной дальности, которая увеличивается при спуске по группе; вдоль этих линий объем атома щелочного металла возрастает по группе. Аналогично возрастает масса атома щелочного металла по группе. Таким образом, образец плотности щелочных металлов зависит от их ядерных нагрузок и ядерных радиусов; если известны цифры для этих двух факторов, тогда можно будет определить пропорции между плотностями щелочных металлов.