Один внешний электрон в разных атомах
Выбирай металл. Схема показывает число уровней и объясняет тенденцию отдачи внешнего электрона.
Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.
Один электрон легко отдаётся
Щелочные металлы расположены в группе 1: Li, Na, K и другие элементы семейства. У атомов один внешний электрон, поэтому характерны катионы M⁺ и степень окисления +1. Водород стоит в этой группе по электронной конфигурации, но не относится к щелочным металлам.
Внешний электрон объясняет химическую роль
Na: 2 · 8 · 1
С водой: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂. Металлический натрий и ион Na⁺ обладают разными свойствами.
В группе сверху вниз внешний электрон расположен дальше от ядра и сильнее экранирован внутренними уровнями. В типичных реакциях активность от Li к Na и K возрастает. В природе эти металлы сохраняются преимущественно в соединениях.
Подробности: понятия и примеры
- Внешний уровень
Один электрон
- Отдача электрона
M → M⁺ + e⁻
- Устойчивый катион
Заряд +1
- Природные соединения
Соли и другие вещества
Щелочные металлы расположены в группе 1: Li, Na, K и другие элементы семейства. У атомов один внешний электрон, поэтому характерны катионы M⁺ и степень окисления +1.
Вода превращается в щелочную среду
Общая школьная схема 2M + 2H₂O → 2MOH + H₂ описывает реакцию щелочного металла с водой. Металл отдаёт электроны, водород воды восстанавливается до H₂. Раствор становится щелочным благодаря образованию OH⁻.
| Понятие | Пояснение |
|---|---|
| Натрий | 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ |
| Соотношение | 2 моль Na : 1 моль H₂ |
| Ионный результат | Na⁺, OH⁻ и молекулы H₂ |
Один моль металла даёт половину моля водорода. Для 0,2 моль Na теоретически получается 0,1 моль H₂ при избытке воды. Это расчёт по уравнению, а не инструкция проведения бурной реакции.
Общая школьная схема 2M + 2H₂O → 2MOH + H₂ описывает реакцию щелочного металла с водой. Металл отдаёт электроны, водород воды восстанавливается до H₂.
Электронные уровни натрия
Натрий: распределение электронов 2, 8, 1. Круги условно обозначают уровни и не являются траекториями электронов.
Pumbaa; исходная работа Greg Robson · Wikimedia Commons · CC BY-SA 2.0 UK. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Периодическая система химических элементов
В периодической системе находят символы элементов и значения относительных атомных масс.
Cepheus · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Основные оксиды дают щёлочи
Оксиды Na₂O и K₂O относятся к основным. Они реагируют с водой с образованием гидроксидов: Na₂O + H₂O → 2NaOH. С кислотами получаются соль и вода, с кислотными оксидами — соль.
- Вода
Na₂O + H₂O → 2NaOH
- Кислота
K₂O + 2HCl → 2KCl + H₂O
- Кислотный оксид
Na₂O + CO₂ → Na₂CO₃
Состав оксида нужно отличать от состава пероксида. Na₂O и Na₂O₂ — разные вещества, поэтому уравнение гидратации оксида нельзя механически переносить на продукт с другим содержанием кислорода. В этом разделе рассматриваются именно Na₂O и K₂O.
Оксиды Na₂O и K₂O относятся к основным. Они реагируют с водой с образованием гидроксидов: Na₂O + H₂O → 2NaOH.
Кислотный оксид меняет состав соли
При взаимодействии CO₂ со щёлочью соотношение реагентов определяет карбонат или гидрокарбонат. CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O; CO₂ + NaOH → NaHCO₃. Это две ступени связывания кислотного оксида.
- Избыток NaOH
Много OH⁻
- Связывание CO₂
Преимущественно карбонат
- Дальнейший CO₂
Переход к гидрокарбонату
- Результат
Зависит от соотношения реагентов
По мере добавления CO₂ к первоначальному избытку NaOH содержание OH⁻ уменьшается. Если продолжать, карбонатная форма может переходить в гидрокарбонатную. Состав раствора меняется постепенно, поэтому итог нельзя установить без сведений о количествах. При горении Li преимущественно образуется Li₂O, для Na характерен Na₂O₂, для K в избытке O₂ — KO₂. Эти продукты нельзя всем заменить формулой M₂O. В пероксиде O имеет −1, а в супероксиде средняя степень O равна −½. С водой щелочные металлы дают щёлочь и H₂: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂; в водном растворе металлический Na не сохраняется.
При взаимодействии CO₂ со щёлочью соотношение реагентов определяет карбонат или гидрокарбонат. CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O; CO₂ + NaOH → NaHCO₃.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 46. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 46. Щелочные металлы.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e