-->
|
|
|
Ãëàâà 9. Ìåòàëëû ãëàâíûõ è ïîáî÷íûõ ïîäãðóïï § 50. Õàðàêòåðèñòèêà s-ýëåìåíòîâ IA-ãðóïïû ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû è îáðàçóåìûõ èìè ïðîñòûõ âåùåñòâÏî ôîðìå îðáèòàëåé âàëåíòíûõ ýëåêòðîíîâ ìåòàëëè÷åñêèå ýëåìåíòû ïðèíÿòî äåëèòü íà òðè ãðóïïû: s-, ð- è d-ýëåìåíòû.  ýòîé ãëàâå íàèáîëüøåå âíèìàíèå óäåëåíî ïîäðîáíîìó îçíàêîìëåíèþ ñ ýëåìåíòàìè ãëàâíûõ ïîäãðóïï I è II ãðóïï ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû Ä.È. Ìåíäåëååâà, êðàòêî ðàññìîòðåíû ñâîéñòâà ìåòàëëîâ, ïðèíàäëåæàùèõ ê ñåìåéñòâàì ð- è d-ýëåìåíòîâ, à òàêæå êîíêðåòíûå èõ ïðåäñòàâèòåëè.
Àòîìû õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, íà÷èíàþùèõ ïåðèîäû, èìåþò îäèí s-ýëåê- òðîí íà âíåøíåì ýíåðãåòè÷åñêîì óðîâíå, ïîýòîìó â ñîåäèíåíèÿõ îíè ïðîÿâëÿþò ïîñòîÿííóþ âàëåíòíîñòü I è ñòåïåíü îêèñëåíèÿ +1. Ïîäãðóïïà ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ ïîä÷èíÿåòñÿ îáùåé çàêîíîìåðíîñòè ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû: ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ïîðÿäêîâîãî íîìåðà óñèëèâàþòñÿ âîññòàíîâèòåëüíûå ñâîéñòâà ìåòàëëîâ. Ïðè÷èíîé ýòîãî ÿâëÿåòñÿ óâåëè÷åíèå ðàäèóñà àòîìîâ âñëåäñòâèå âîçðàñòàíèÿ ÷èñëà ýëåêòðîííûõ ñëîåâ è óñèëåíèÿ èõ ýêðàíèðóþùåãî âëèÿíèÿ (ýëåêòðîíû, ðàñïîëàãàþùèåñÿ íà âíóòðåííèõ ýíåðãåòè÷åñêèõ óðîâíÿõ, çàñëîíÿþò ÿäðî îò âàëåíòíûõ ýëåêòðîíîâ è îñëàáëÿþò ñèëû ïðèòÿæåíèÿ, äåéñòâóþùèå ìåæäó íèìè). Íàëè÷èå âñåãî îäíîãî âàëåíòíîãî ýëåêòðîíà è îòíîñèòåëüíî áîëüøèå ðàçìåðû ðàäèóñîâ àòîìîâ îáóñëîâëèâàþò íåáîëüøóþ ýíåðãèþ èîíèçàöèè, à ñëåäîâàòåëüíî, âûñîêóþ õèìè÷åñêóþ àêòèâíîñòü ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ. Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ. Âûñîêàÿ õèìè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ òðåáóåò îñîáîé îñòîðîæíîñòè ïðè èõ õðàíåíèè è ïðèìåíåíèè. Ïîâåðõíîñòü âñåõ ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ ïîêðûòà ïëåíêîé: ëèòèé — òîíêîé, ïëîòíîé, ÷åðíîãî öâåòà; íàòðèé — äîâîëüíî òîëñòîé, ñâåòëî-ñåðîãî öâåòà; êàëèé — òåìíî-ñåðîé ñ çåëåíîâàòî-ôèîëåòîâûì îòòåíêîì, â ìåëêèõ ñêëàä÷àòûõ ìîðùèíêàõ. Ýòè ïëåíêè ïîðèñòûå è ðûõëûå, èìåííî ïîýòîìó îíè íå çàùèùàþò ìåòàëëû îò äàëüíåéøåãî îêèñëåíèÿ.
Åñëè îòðåçàòü îò êóñî÷êîâ ëèòèÿ, íàòðèÿ, êàëèÿ ïî ñòðóæêå, òî âåñüìà íåäîëãîå âðåìÿ ìîæíî íàáëþäàòü êðàñèâóþ áëåñòÿùóþ ñåðåáðèñòî-áåëóþ (ó êàëèÿ — ñ ôèîëåòîâûì îòòåíêîì) ïîâåðõíîñòü ìåòàëëîâ. Îäíîâðåìåííî ìîæíî ðàññìîòðåòü ïîÿâëåíèå è áûñòðîå ðàñïðîñòðàíåíèå áëåñòÿùåé ìàòîâîé ïëåíêè, ñîñòîÿùåé èç ïðîäóêòîâ îêèñëåíèÿ ìåòàëëîâ.
Äëÿ ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ õàðàêòåðíà íèçêàÿ òâåðäîñòü, âåðíåå — ìÿãêîñòü. Òðóäíåå âñåãî ðàçðåçàòü ëèòèé, òîãäà êàê íàòðèé è êàëèé î÷åíü ëåãêî ïîääàþòñÿ ñêàëüïåëþ. Íà îñíîâàíèè òàáëèöû 36 ñäåëàéòå âûâîäû î ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâàõ ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ è õàðàêòåðå èõ èçìåíåíèÿ âíóòðè ãðóïïû. Äàííûå òàáëèöû 36 ïîêàçûâàþò, ÷òî äëÿ âñåõ ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ õàðàêòåðíû ìàëàÿ ïëîòíîñòü, íèçêàÿ òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ è ïëàâëåíèÿ, íåçíà÷èòåëüíàÿ òâåðäîñòü. Íà îñíîâàíèè èçó÷åíèÿ õàðàêòåðà èçìåíåíèÿ ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìîæíî ñäåëàòü ñëåäóþùèé âûâîä:
Îñîáåííîñòè ñòðîåíèÿ ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ. Ìåòàëëè÷åñêèå êðèñòàëëè÷åñêèå ðåøåòêè ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ õàðàêòåðèçóþòñÿ ðÿäîì îñîáåííîñòåé. Âî-ïåðâûõ, êàæäûé àòîì ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ ðàñïîëàãàåò ëèøü îäíèì âàëåíòíûì ýëåêòðîíîì, ñëåäîâàòåëüíî, â êðèñòàëëàõ íà îäèí èîí-àòîì ïðèõîäèòñÿ îäèí ñâîáîäíûé ýëåêòðîí. Âî-âòîðûõ, äëÿ ðàññìàòðèâàåìîé ãðóïïû ìåòàëëîâ õàðàêòåðíà íåïëîòíàÿ óïàêîâêà àòîìîâ â êðèñòàëëå, òèï ðåøåòîê — êóáè÷åñêèå îáúåìíîöåíòðèðîâàííûå (ñì. ðèñ. 72). Çàâèñèìîñòü ñâîéñòâ ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ îò èõ ñòðîåíèÿ îòðàæåíà â ñõåìå 6.
Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ìåæäó èîíàìè ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ èìåþòñÿ çíà÷èòåëüíûå ïóñòîòû. Íàïðèìåð, äèàìåòð èîíà íàòðèÿ ðàâåí 0,1 89 íì, à ðàññòîÿíèå ìåæäó ÿäðàìè ñîñåäíèõ èîíîâ ñîñòàâëÿåò 3,71 íì, ñëåäîâàòåëüíî, â êðèñòàëëå ìåæäó èîí-àòîìàìè èìååòñÿ çàçîð, ðàâíûé 0,1 81 íì. Ýòî òàêæå ñïîñîáñòâóåò îñëàáëåíèþ ñèë ñâÿçûâàíèÿ èîíîâ.
|
|
|