§ 5. Лужні елементи, галогени та інертні елементи

Лужні елементи — це найактивніші металічні елементи, вони розміщені в І групі Періодичної системи.

Літій Li, Натрій Na, Калій К, Рубідій Rb, Цезій Cs, Францій Fr

Лужні елементи:

  • найактивніші металічні елементи;
  • виявляють сталу валентність І;
  • здатні утворювати луги

Загальні формули сполук:

Лужні метали:

Прості речовини метали, утворені цими елементами, також називають лужними. Вони значно легші за інші метали (залізо, мідь, алюміній), дуже м’які, їх можна різати ножем (мал. 5.1а).

Лужні метали мають найяскравіше виявлені металічні властивості: вони вступають у реакції з киснем, водою й кислотами. Їх взаємодія з водою відбувається дуже активно, іноді з вибухом (мал. 5.1б).

Мал. 5.1. Натрій можна різати ножем (а); взаємодія калію з водою (б)

Гідроксиди лужних елементів — розчинні основи (луги) із загальною формулою ROH, де R — будь-який із лужних елементів, наприклад:

Гідроксиди Рубідію й Цезію такі активні, що їх концентровані розчини легко руйнують скло навіть за кімнатної температури, а розплави — залізо й навіть платину.

Лужні елементи утворюють оксиди із загальною формулою R2O:

Лужні метали настільки активні, що трапляються в природі виключно у вигляді сполук. Добувають їх зазвичай дією електричного струму на їхні сполуки. Натрій і калій уперше були добуті Майклом Фарадеєм саме в такий спосіб.

Галогени — це найактивніші неметалічні елементи, вони розміщені в VII групі Періодичної системи.

Флуор F, Хлор Сl, Бром Вr, Йод I, Астат At, Теннессін Ts

Елементи-галогени:

  • найактивніші неметалічні елементи;
  • виявляють змінну валентність, але всі можуть виявляти валентність І

Загальні формули сполук:

Прості речовини галогени:

Для елементів-галогенів також характерні спільні властивості, зокрема, у сполуках усі вони здатні виявляти валентність І.

Прості речовини, утворені цими елементами, також називають галогенами (мал. 5.2). Галогени є речовинами молекулярної будови, молекули яких складаються з двох атомів: F2, Сl2, Вr2, I2.

Мал. 5.2. Галогени за звичайних умов перебувають у різних агрегатних станах: а — хлор — жовто-зелений газ; б — бром — летка рідина червоно-бурого кольору; в — йод — летка кристалічна речовина чорно-фіолетового кольору з металічним блиском

Галогени — найактивніші неметали. Вони реагують із багатьма речовинами. А в атмосфері фтору навіть вода здатна горіти:

Із воднем галогени також взаємодіють дуже активно, іноді з вибухом. Результатом реакції є леткі сполуки з Гідрогеном загального складу HR, водні розчини яких є кислотами:

Галогени активно реагують із металами. Продуктами таких реакцій є солі — галогеніди (флуориди, хлориди, броміди, йодиди):

Саме завдяки властивості утворювати солі ці елементи й назвали галогенами (від грец. галос — сіль).

Інертні елементи

Ще одну родину утворюють елементи VIII групи Періодичної системи. Їх називають інертними елементами.

Гелій Не, Неон Ne, Аргон Аr, Криптон Кr, Ксенон Хе, Радон Rn, Оганессон Og

Інертні елементи:

Прості речовини цих елементів називають інертними (благородними) газами, вони складаються з одноатомних молекул. Усі вони за звичайних умов є газами, які в незначних кількостях містяться в повітрі.

Донедавна вважали, що інертні гази взагалі не утворюють хімічних сполук (про що свідчить їхня назва). Однак за останні декілька десятиліть науковцям удалося добути багато сполук Криптону, Ксенону й Радону з Оксигеном та Флуором.

Найлегший з інертних елементів — Гелій — був першим хімічним елементом, виявленим поза Землею. Аналізуючи випромінювання Сонця за допомогою спектрального аналізу, П’єр Жансан 1868 року виявив світіння, не характерне для жодного з відомих на той час елементів. Саме тому цей елемент був названий Гелієм (від грец. геліос — сонце). Певна річ, складно відкрити елементи, які не утворюють сполук, але після відкриття Гелію науковці почали ретельніше вивчати гази й незабаром відкрили всі інертні елементи.

  • 1. Найхарактерніші родини хімічних елементів — це лужні елементи, галогени та інертні елементи. Кожна родина характеризується спільними властивостями як елементів, так і утворених ними сполук.
  • 2. Лужні елементи — активні металічні елементи, у сполуках виявляють валентність І. Прості речовини, утворені ними, — лужні метали — активно взаємодіють із водою, галогенами та іншими речовинами.
  • 3. Галогени — активні неметалічні елементи. Усі галогени здатні виявляти валентність І. Прості речовини галогенів утворені двоатомними молекулами, вони виявляють високу хімічну активність, взаємодіють із багатьма речовинами.

Контрольні запитання

  • 1. Назвіть спільні ознаки лужних елементів, галогенів та інертних елементів, завдяки яким їх виокремлюють у родини.
  • 2. Перелічіть хімічні елементи-галогени, випишіть їхні символи у стовпчик, укажіть, металічні ці елементи чи неметалічні.
  • 3. Уміст Рубідію в земній корі майже такий самий, як і Купруму. Але, на відміну від останнього, Рубідій не утворює власних мінералів і, звичайно, руд. Запропонуйте пояснення цього факту.
  • 4. Елементи VIII групи Періодичної системи називають: а) інертними; б) галогенами; в) лужними.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Уявіть, що перед вами однакові за формою й розміром зразки літію й заліза. Як відрізнити ці речовини, ґрунтуючись лише на відмінностях їх фізичних властивостей?

2. Складіть рівняння реакції взаємодії будь-якого з галогенів: а) із калієм; б) кальцієм; в) алюмінієм; г) воднем.

3. Силіцій взаємодіє з хлором з утворенням вищого хлориду. Складіть формулу сполуки Силіцію з Хлором, якщо останній виявляє в цій сполуці валентність І.

4. Калій за слабкого нагрівання бурхливо взаємодіє із сіркою, а розплавлений калій згоряє в атмосфері хлору. Складіть рівняння реакцій.

5. У якому оксиді лужних елементів масова частка Оксигену найбільша?

6*. Знайдіть у додатковій літературі інформацію про відкриття інертних газів. Як ви вважаєте, чим можна пояснити той факт, що всі благородні гази були відкриті майже одночасно: у період 1894-1900 рр.?

Лінгвістична задача

У перекладі з грецької хлорос означає «зелений», бромос — «смердючий», йодес — «фіолетовий». Із якими властивостями хлору, брому та йоду пов’язані їхні назви?

Як визначити ступінь окиснення елементів: чому вона рівна і що це таке

У хімічних процесах головну роль відіграють атоми і молекули, властивості яких визначають результат хімічних реакцій. Однією з важливих характеристик атома є окислювальне число, яке спрощує метод обліку переносу електронів у частці. Як визначити ступінь окислення або формальний заряд частинки і які правила необхідно знати для цього?

Визначення

Будь-яка хімічна реакція обумовлена взаємодією атомів різних речовин. Від характеристик найдрібніших частинок залежить процес реакції і її результат.

Термін окислення (оксидування) в хімії означає реакцію, в ході якої група атомів або один з них втрачають електрони або набувають, у разі придбання реакцію називають «відновленням».

Ступінь окиснення – це величина, яка вимірюється кількісно і характеризує перераспределяемые електрони в ході реакції. Тобто в процесі оксидації електрони в атомі зменшуються або збільшуються, перераспределяясь між іншими взаємодіючими частинками, і рівень оксидації показує, як саме вони реорганізуються. Це поняття тісно пов’язане з электроотрицательностью частинок – їх умінням притягувати і відштовхувати від себе вільні іони.

Дивіться також: Карбонові кислоти: номенклатура та класифікація, основні властивості, отримання та застосування

Визначення рівня оксидації залежить від характеристик і властивостей конкретної речовини, тому не можна однозначно назвати процедуру обчислення легкої або складною, але її результати допомагають умовно записати процеси окислювально-відновних реакцій. Слід розуміти, що отриманий результат обчислень є результатом урахування перенесення електронів і не має фізичного сенсу, а також не є істинним зарядом ядра.

Важливо знати! Неорганічна хімія часто використовує термін валентності замість ступені окиснення елементів, це не є помилкою, але слід враховувати, що друге поняття більш універсальне.

Поняття і правила обчислення руху електронів є основою для класифікації хімічних речовин (номенклатура), опису їх властивостей і складання формул зв’язку. Але найбільш часто це поняття використовується для опису та роботи з окисно-відновними реакціями.