"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Элементы IА- и IIА-групп легко различить по числу электронов на внешнем уровне: один или два. Поэтому они обычно отдают эти электроны и образуют ионы с зарядами +1 и +2. К IА-группе относят щелочные металлы, кроме водорода, а ко IIА-группе — щелочноземельные металлы. Их свойства закономерно меняются сверху вниз, а оксиды и гидроксиды проявляют основные свойства.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Щелочные металлы — элементы IА-группы, кроме водорода. К ним относят литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Их оксиды и гидроксиды при взаимодействии с водой образуют щёлочи, поэтому группа получила такое название.
Щелочноземельные металлы — металлы IIА-группы. К ним относят бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Название связано с тем, что их оксиды раньше называли землями, а многие из них проявляют основные свойства.
IА-группа — вертикальный столбец периодической системы, в котором у атомов один электрон на внешнем энергетическом уровне. Этот электрон сравнительно легко отщепляется. Поэтому для элементов группы характерны металлические свойства и степень окисления +1.
IIА-группа — группа элементов, атомы которых имеют два электрона на внешнем энергетическом уровне. Для достижения устойчивого строения они обычно отдают оба электрона. Поэтому их типичная степень окисления равна +2.
Положение элемента в группе связано с числом электронов на внешнем уровне. У атома щелочного металла один такой электрон, поэтому в химических реакциях он обычно отдаётся, а у атома элемента IIА-группы отдаются два электрона. Так определяются характерная валентность и степени окисления: +1 для первой группы и +2 для второй.
После отдачи отрицательно заряженных электронов атом превращается в положительный ион. Атом элемента IА-группы теряет один электрон и получает заряд +1, например Na → Na⁺ + e⁻. Атом элемента IIА-группы отдаёт два электрона и образует ион с зарядом +2, например Ca → Ca²⁺ + 2e⁻.
Внутри одной группы внешнее строение атомов сходно, поэтому элементы проявляют общие химические свойства. При движении сверху вниз добавляются электронные слои, внешний электрон удаляется от ядра и слабее им удерживается. Поэтому металлические свойства и способность отдавать электроны обычно усиливаются.
Щелочные металлы активно реагируют с водой: металл вытесняет водород, а его оксидный остаток соединяется с водой с образованием щёлочи. Общая схема реакции такова: 2M + 2H₂O → 2MOH + H₂↑. Щелочноземельные металлы ведут себя неодинаково: бериллий с водой практически не реагирует, магний реагирует медленно или при нагревании, а кальций и более тяжёлые представители реагируют заметнее.
Оксиды элементов обеих групп имеют основный характер, но их состав различается: для щелочных металлов типична формула M₂O, а для щелочноземельных — MO. Их гидроксиды также являются основаниями: NaOH относится к растворимым щелочам, а Ca(OH)₂ растворяется ограниченно. В реакциях с кислотами и оксиды, и гидроксиды образуют соль и воду.
| Характеристика | IА-группа | IIА-группа |
|---|---|---|
| Число электронов на внешнем уровне | 1 | 2 |
| Характерная степень окисления в соединениях | +1 | +2 |
| Заряд образующегося иона | +1 | +2 |
| Название простых веществ | Щелочные металлы | Щелочноземельные металлы |
| Характерные соединения с кислородом | M₂O, например Na₂O | MO, например CaO |
| Взаимодействие простых веществ с водой | Активно: образуются щёлочь и водород | Зависит от элемента: от почти отсутствующего до заметного |
| Изменение химической активности сверху вниз | Обычно возрастает | Обычно возрастает |
Сначала по таблице определите число внешних электронов, затем сделайте вывод о заряде иона и степени окисления. Формулы оксидов можно проверить по взаимному уравниванию зарядов частиц. При сравнении реакций с водой учитывайте не только положение группы, но и конкретный элемент.
У атома элемента на внешнем энергетическом уровне один электрон. Нужно определить его группу и характерный заряд иона. Используем связь между внешними электронами и положением элемента в периодической системе.
Ответ: элемент относится к IА-группе, а его характерный ион имеет заряд +1.
Составьте уравнение реакции натрия с водой и назовите продукты. Натрий — щелочной металл, поэтому используем общую схему реакции металла IА-группы с водой. После записи формул проверяем количество атомов каждого элемента.
Ответ: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑; продукты — гидроксид натрия и водород.
Составьте уравнения реакций кальция с водой и магния с кислородом. Оба элемента находятся во IIА-группе, поэтому обычно образуют соединения со степенью окисления +2. Однако тип реакции определяется реагентом и условиями.
Ответ: Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑, продукты — гидроксид кальция и водород; 2Mg + O₂ → 2MgO, продукт — оксид магния.
Водород включают в число щелочных металлов только из-за его положения в IА-группе. Ошибка возникает, если не учитывать различие между номером группы и природой элемента. Проверка: вспомните, что водород — неметалл, а определение щелочных металлов прямо исключает его.
Заряд иона путают с числом внешних электронов. На самом деле электрон имеет отрицательный заряд, поэтому его отдача приводит к положительному иону: один электрон даёт заряд +1, два — +2. Проверяйте направление превращения: металл отдаёт электроны, а не принимает их.
Свойства щелочных металлов иногда считают полностью одинаковыми. Общая реакционная схема не означает одинаковую скорость и одинаковые условия реакции у лития, натрия и других представителей. Проверяйте себя вопросом: учитывается ли конкретный элемент и его положение сверху или снизу группы?
Все щелочноземельные металлы считают одинаково реагирующими с водой. Это неверно, поскольку бериллий почти не реагирует, магний требует особых условий, а кальций реагирует заметнее. Для проверки отдельно вспоминайте особенности каждого представителя.
Для изучения темы нужны знания о периодической таблице, составе атома и распределении электронов по энергетическим уровням. Также необходимо уметь определять заряд иона и составлять формулы бинарных соединений по зарядам частиц. Эти навыки пригодятся при изучении изменения свойств элементов в группах, а также свойств оснований, оксидов и солей.
Почему водород не относят к щелочным металлам, хотя он находится в IА-группе?
Водород действительно имеет один электрон и помещён в IА-группе, но по физическим и химическим свойствам он неметалл. Поэтому название щелочные металлы относится к остальным элементам этой группы.
Почему элементы одной группы имеют сходные химические свойства?
У элементов одной группы одинаковое число электронов на внешнем энергетическом уровне. Именно внешние электроны участвуют в образовании связей, поэтому элементы имеют сходную химическую активность.
Как по номеру группы определить заряд иона элемента?
Для элементов IА-группы характерен ион с зарядом +1, а для элементов IIА-группы — с зарядом +2. Эти заряды возникают потому, что атомы отдают один или два внешних электрона.
Чем щелочные металлы отличаются от щелочноземельных?
Щелочные металлы находятся в IА-группе и имеют один внешний электрон, а щелочноземельные — во IIА-группе и имеют два. Первые обычно образуют ионы +1, вторые — ионы +2; их взаимодействие с водой также различается.
Как меняются свойства элементов при движении сверху вниз по группе?
Сверху вниз увеличивается число электронных слоёв, а внешний электрон дальше от ядра удерживается слабее. Поэтому металлические свойства и химическая активность обычно усиливаются, хотя для разных реакций есть особенности.
§ 25. В IА- и IIА-группах находятся щелочные и щелочно-земельные элементы
