МЕТАЛЛЫ s-БЛОКА. 
Общая химия

Изучив содержание главы 26, студенты должны:

знать

• • положение элементов 5-блока в таблице Менделеева, нахождение в природе и практическое применение;
• • строение атомов, валентность, степени окисления щелочных и щелочноземельных металлов;
• • способы получения и свойства элементов 5-блока в металлическом состоянии;
• • основные типы соединений щелочных и щелочноземельных металлов;

уметь

• • составлять уравнения реакций получения натрия, бериллия, магния и кальция и реакций, характеризующих химические свойства этих металлов;
• • проводить сопоставление свойств элементов в группах IA и ПА;
• • характеризовать практически важные соединения щелочных металлов, магния и щелочноземельных металлов;
• • проводить расчеты по уравнениям реакций, в которых участвуют простые вещества и соединения элементов 5-блока;

владеть

• навыками прогнозирования протекания реакций с участием металлов 5-блока и их соединений.

Общая характеристика атомов s-блока

В 5-блок объединены группы IA и ПА таблицы Менделеева. У атомов соответствующих элементов электронами заполняется внешний 5-подуровснь. Внешний р-подуровень остается свободным. Кроме неметаллов водорода и гелия, элементы 5-блока — типичные и очень активные металлы. Эта краткая характеристика не вполне точна лишь для бериллия и магния, проявляющих некоторые особые свойства. Электронная структура s-элементов однотипна и очень проста:

группа IA — [благородный raajrcs*¹; группа НА — [благородный газ]/?5².

Соединения наиболее распространенных в природе натрия, калия, магния и кальция были известны еще до начала XVIII в. В XVIII в. были открыты барий (К. Шееле, 1774), стронций (А. Крофорд, 1790) и бериллий (Н. Л. Вокелен, 1797). В 1817 г. был открыт литий (А. Арфведсон). Рубидий и цезий были открыты спектральным методом Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом в 1861 и 1860 гг. В виде металлов калий, натрий, барий, кальций, стронций и магний получены Г. Дэви в 1807—1808 гг. Позднее он получил и металлический литий.

Металлы группы IA имеют общее название «щелочные металлы», так как их гидроксиды представляют собой хорошо растворимые сильные основания (щелочи). В группе ПА выделяют подгруппу щелочноземельных металлов (Са, Sr, Ва, Ra).

Щелочные металлы — нечетные элементы, имеющие в природе довольно мало изотопов. Свойства этих элементов представлены в табл. 26.1. Натрий и цезий являются одиночными нуклидами^Na и^Cs. У лития два стабильных изотопа (jLi (7,5%) и^Li (92,5%). Калий и рубидий имеют не только стабильные, но и природные радиоактивные изотопы. У калия изотопы (93,26%) и (6,73%) стабильны, а (0,012%) радиоактивен, его Г_½ = 1,25−10⁹ лет.

Таблица 26.1

Характеристика элементов группы IA.

* Биогенный элемент.

Калий — биогенный элемент, и, следовательно, атомы радиоактивного калия всегда содержатся в живых организмах. Каждую секунду в теле человека распадается около 4500 атомов калия:

Часть атомов § К (12%) распадается путем захвата ядром электрона с К-оболочки, превращаясь в атомы аргона:

У рубидия есть стабильный нуклид |yRb (72,17%) и радионуклид §^Rb (27,83%) с очень большим периодом полураспада (Г_½ = 4,9* 10¹⁰ лет). Искусственные радионуклиды^jNa и с небольшими периодами полураспада применяются в качестве меток в медицине. Радионуклид *^Cs (Г_½ = 30,17 лет) образуется как продукт расщепления ядер урана в атомных реакторах. При чернобыльской аварии в 1986 г. значительное количество этого нуклида попало в окружающую среду. За прошедшее время он распался приблизительно на 50%.

У последнего элемента группы, франция, нет устойчивых нуклидов. Период полураспада наиболее долгоживущего ²^Fr составляет всего 21,8 мин. Все другие элементы с атомными номерами до 100 имеют более долгоживущие нуклиды. Поэтому франций — самый малоизученный элемент. Физические константы металла неизвестны. Есть данные о малой растворимости FrCl0₄, так как ионы Fr⁺ осаждаются из раствора с перхлоратом калия КСЮ₄.

Элементы группы ПА — четные. Они более распространены в природе, чем элементы группы IA (табл. 26.2), и имеют по несколько стабильных изотопов. Исключение составляет бериллий, имеющий лишь один устойчивый нуклид |Ве. Бериллий является редким элементом, так как его изотоп |Ве, который мог бы образоваться из двух а-частиц, крайне неустойчив. Его период полураспада оценивается в 10^-16с. Это заслуживающий внимания факт, так как сама а-частица и ряд ядер, образованных а-частицами, такие как^{С, 1}§ 0, ²oNe, 12Mg и др., устойчивы и широко распространены в природе.

Таблица 26.2

Характеристика элементов группы ИА.

* Биогенный элемент.

Следующий за бериллием элемент магний имеет три стабильных изотопа (наиболее распространен %Mg — 79%), кальций — шесть стабильных изотопов (20³ — 96,9%), стронций — четыре стабильных изотопа (^§ Sr — 82,6%), барий — семь стабильных изотопов (^!§§ Ва — 71,7%). Радий не имеет устойчивых изотопов, но это хорошо изученный радиоактивный элемент, так как его радионуклид ²||Ra входит в цепочку превращений ²^U и имеет период полураспада Г_½ = 1600 лет. Радионуклид (Г_½ = 29 лет), так же как и^Cs, является одним из продуктов расщепления ядерного топлива. Это один из весьма опасных радионуклидов, так как по химическим свойствам он близок к кальцию и поэтому, попадая в организм, аккумулируется в костной ткани, создавая длительное внутреннее облучение тканей тела.