6.9: Водень і лужні метали

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19386

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Великий вибух натрію. — Малюнок\(\PageIndex{1}\) (Кредит: Користувач: Ajhalls/Wikimedia Commons; Джерело: Вікісховище Вікімедіа, Великий вибух натрію (відкривається у новому вікні) [commons.wikimedia.org]; Ліцензія: Громадське надбання

Чи можете ви здогадатися, яка реакція відбувається на цій картині?

Деякі студенти хімії просто насолоджуються вивченням науки, а інші заінтриговані бурхливими реакціями, які іноді можуть виникнути. Багато класів хімії були пожвавлені демонстрацією того, наскільки реактивний натрій з водою. У деяких випадках демонстрація пройшла благополучно. На жаль, в інших ситуаціях студенти та інструктори зазнали серйозних травм через недотримання належних заходів безпеки.

Одне значення таблиці Менделєєва - вміння робити прогнози про поведінку окремих елементів. Знаючи, в якій групі знаходиться елемент, ми можемо визначити кількість реактивних електронів і сказати щось про те, як цей елемент буде вести себе.

Водень і лужні метали

Таблиця Менделєєва влаштована на основі атомних номерів (кількості протонів в ядрі). Одним з цінних наслідків такого розташування є те, що ми можемо багато чого дізнатися про розподіл електронів у цих атомах. Кольори в таблиці нижче вказують на різні групи атомів на основі розташування і кількості електронів в атомі.

Якщо ми подивимося на групу I (червона колонка), то побачимо, що вона маркується лужними металами. Також зверніть увагу на зелений Н над лужними металами. Всі ці елементи мають схожу конфігурацію електронів зовнішньої оболонки (див. Таблицю нижче). У кожному випадку на зовнішній орбіталі є один електрон, який є s-орбітальним електроном. Водень сам по собі не є лужним металом, але має деякі схожі властивості завдяки своєму простому одному протону (розташованому в ядрі), одному електронному розташуванню. Самотній електрон існує в s-орбіталі навколо ядра. Для літію є два електрони 1s на внутрішній орбіті і один 2s електрон на зовнішній орбіті. Така ж картина тримається і для натрію і калію.

Елемент, Символ, Електронна конфігурація
Елемент	Символ	Конфігурація електрона
водню	Ч	\(\1s^1\)
літію	Лі	\(\left[ \ce{He} \right] 2s^1\)
натрію	Na	\(\left[ \ce{Ne} \right] 3s^1\)
калій	К	\(\left[ \ce{Ar} \right] 4s^1\)
рубідій	Рб	\(\left[ \ce{Kr} \right] 5s^1\)
цезій	Cs	\(\left[ \ce{Xe} \right] 6s^1\)
франциум	Пт	\(\left[ \ce{Rn} \right] 7s^1\)

Навіть атом з дуже складним електронним складом, таким як цезій, все ще має єдиний\(s\) електрон у зовнішній орбіталі (див. Малюнок нижче).

Цей електрон дуже легко видаляється під час хімічних реакцій. Елементи I групи швидко вступають в реакцію з киснем з утворенням оксидів металів. Вони являють собою дуже м'які метали, які стають рідкими трохи вище кімнатної температури.

Li реагує з водою з утворенням газоподібного водню. Натрій також реагує так само, просто швидше. Калій швидко реагує з водою, виробляючи водневий газ і тепло, яке запалює водневий газ. Рубідій і цезій ще більш енергійно реагують і вибухають при контакті з водою.

Резюме

Елементи I групи (лужні метали та водень) мають один електрон у зовнішній оболонці. Цей електрон знаходиться в\(s\) орбіталі.
Метали групи I дуже реагують з водою.

Рецензія

До якої групи відносяться лужні метали і водень?
Яка електронна конфігурація зовнішньої оболонки в цій групі?
Наскільки реактивні лужні метали з киснем?
Наскільки реагують ці метали з водою?