Текст учебника. Урок 9. Металлы главных подгрупп I–III групп.

Металлы главных подгрупп I–III групп

Общая характеристика металлов: положение в ПСХЭ, особенности строения атомов

Металлы, расположенные в главных подгруппах I–III групп Периодической системы, являются типичными элементами с выраженными металлическими свойствами. К ним относятся щелочные (IА группа), щелочноземельные металлы (IIА группа) и алюминий (IIIА группа).

Положение в Периодической системе определяет их электронное строение:

• Металлы IА группы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) имеют на внешнем энергетическом уровне один s-электрон (конфигурация ns¹)

• Металлы IIА группы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) содержат два внешних s-электрона (ns²)

• Алюминий (IIIА группа) имеет три электрона на внешнем уровне (ns²np¹)

Закономерности в свойствах:

• Радиусы атомов увеличиваются сверху вниз в группах

• Восстановительная активность усиливается сверху вниз

• Металлические свойства ослабевают слева направо в периодах

• Энергия ионизации уменьшается сверху вниз в группах

Щелочные металлы (Na, K): строение атомов, физические и химические свойства

Строение атомов:
Натрий (порядковый номер 11) имеет электронную конфигурацию: 1s²2s²2p⁶3s¹
Калий (порядковый номер 19): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

Наличие одного электрона на внешнем уровне обусловливает их сильные восстановительные свойства.

Физические свойства:

• Мягкие (режутся ножом)

• Легкие (плотность натрия 0,97 г/см³, калия 0,86 г/см³)

• Низкие температуры плавления (натрий 98°C, калий 63°C)

• Серебристо-белый блеск на свежем срезе

Химические свойства:
Щелочные металлы — сильнейшие восстановители.

1. Взаимодействие с водой:
   2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑
   Реакция протекает бурно с выделением водорода.

2. Взаимодействие с кислородом:
   4Na + O₂ → 2Na₂O (оксид натрия)
   2Na + O₂ → Na₂O₂ (пероксид натрия)

3. Реакции с неметаллами:
   2Na + Cl₂ → 2NaCl
2K + S → K₂S

4. Восстановление водорода из кислот:
   2Na + 2HCl → 2NaCl + H₂↑

Щелочноземельные металлы (Mg, Ca): строение атомов, свойства

Строение атомов:
Магний (порядковый номер 12): 1s²2s²2p⁶3s²
Кальций (порядковый номер 20): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²

Два электрона на внешнем уровне делают их менее активными, чем щелочные металлы.

Физические свойства:

• Более твердые, чем щелочные металлы

• Высокие температуры плавления

• Серебристо-белый цвет

Химические свойства:

1. С кислородом:
   2Mg + O₂ → 2MgO
2Ca + O₂ → 2CaO

2. С водой:
   Кальций реагирует с холодной водой:
   Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑
   Магний — с горячим водяным паром:
   Mg + H₂O → MgO + H₂↑

3. С кислотами:
   Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑
Ca + 2HCl → CaCl₂ + H₂↑

4. С неметаллами:
   Ca + Cl₂ → CaCl₂
3Mg + N₂ → Mg₃N₂ (при нагревании)

Алюминий: химические свойства, амфотерность оксида и гидроксида

Строение атома:
Алюминий (порядковый номер 13): 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

Химические свойства:
Алюминий — активный металл, но покрыт прочной оксидной пленкой, защищающей его от коррозии.

1. С кислородом:
   4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃ (реакция идет при высоких температурах)

2. С неметаллами:
   2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃
4Al + 3C → Al₄C₃

3. С водой:
   Реагирует после удаления оксидной пленки:
   2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂↑

4. С кислотами:
   2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑
2Al + 3H₂SO₄(разб.) → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑

Амфотерность оксида и гидроксида алюминия

Амфотерность — способность соединений проявлять как основные, так и кислотные свойства.

Оксид алюминия (Al₂O₃):

• Проявляет основные свойства с кислотами:
  Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

• Проявляет кислотные свойства со щелочами:
  Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O (при сплавлении)
  Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄] (в растворе)

Гидроксид алюминия (Al(OH)₃):

• Основные свойства (реакция с кислотами):
  Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O

• Кислотные свойства (реакция со щелочами):
  Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄] (тетрагидроксоалюминат натрия)
  Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O (при сплавлении)

Амфотерность алюминия и его соединений объясняется положением элемента на границе металлов и неметаллов в Периодической системе.