Щелочные и щёлочноземельные металлы

Определение. Щелочные и щёлочноземельные металлы

Щелочные металлы — это металлы I группы главной подгруппы таблицы Менделеева (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr). Имеют одинаковое электронное строение: валентный электрон на s-орбитали.

Щёлочноземельные металлы — это металлы II группы главной подгруппы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra). Имеют два валентных электрона на s-орбитали.

Оба семейства очень активны и образуют основные оксиды и гидроксиды.

Свойства щелочных металлов

Металл	Символ	Внешняя конфигурация	Активность
Литий	Li	...2s¹	Менее активен
Натрий	Na	...3s¹	Активен
Калий	K	...4s¹	Очень активен
Рубидий	Rb	...5s¹	Экстремально активен

Активность щелочных металлов увеличивается вниз по группе (от Li к Fr).

Свойства щёлочноземельных металлов

Металл	Символ	Оксид	Гидроксид
Магний	Mg	MgO	Mg(OH)₂
Кальций	Ca	CaO	Ca(OH)₂
Стронций	Sr	SrO	Sr(OH)₂
Барий	Ba	BaO	Ba(OH)₂

Кальций и барий используются чаще других.

Формула

Реакции щелочных металлов

С водой (очень бурно!)

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$ (жёлтое пламя)

$2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2\uparrow$ (фиолетовое пламя)

Реакция настолько бурна, что водород самовоспламеняется на воздухе.

С кислородом (горение)

$4Li + O_2 \rightarrow 2Li_2O$ (оксид)

$2Na + O_2 \rightarrow Na_2O_2$ (пероксид! не оксид)

$K + O_2 \rightarrow KO_2$ (супероксид)

Важно: Щелочные металлы образуют не только оксиды, но и пероксиды и супероксиды!

С неметаллами

$2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$

$2Na + S \rightarrow Na_2S$

Реакции щёлочноземельных металлов

С водой (медленнее, чем щелочные)

$Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2\uparrow$ (белый осадок Ca(OH)₂)

$Sr + 2H_2O \rightarrow Sr(OH)_2 + H_2\uparrow$

Магний реагирует только с паром:

$Mg + H_2O(пар) \xrightarrow{t} MgO + H_2\uparrow$

С кислородом

$2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO$ (оксид, не пероксид!)

$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

С кислотами

$Ca + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2\uparrow$

$Mg + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2\uparrow$

Пример 1

Натрий поместили в воду. Описать явления.

Дано: Na + H₂O → ?

Формула: Щелочной металл реагирует с водой: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$

Подстановка: Кусочек натрия плывёт по поверхности воды, прыгая туда-сюда. Выделяется водород, который загорается жёлтым пламенем. Раствор становится щелочным из-за гидроксида натрия (NaOH).

Ответ: Бурная реакция с выделением водорода и тепла. На поверхности образуется гидроксид натрия (раствор щёлочи).

Пример 2

Какой щелочной металл вам удастся хранить на воздухе дольше всех?

Дано: Li, Na, K, Rb — какой хранится лучше всего?

Формула: Активность щелочных металлов увеличивается вниз по группе. Литий — наименее активен.

Подстановка: Li хранится под маслом, но медленнее реагирует, чем Na, K, Rb.

Ответ: Литий (Li) — наименее активный щелочной металл.

Важно!

⚠️ Безопасность: Никогда не трогайте щелочные металлы руками — вызывают химические ожоги! Хранятся под минеральным маслом в герметичных сосудах. Остатки утилизируют в спирте или закапывают в песок. При попадании на кожу используйте спирт (не воду!), а затем обработайте мыльным раствором.