...
Головна » Общая характеристика и химические свойства s-элементов IА группы и их соединений

Как известно, к семейству s - элементов относятся элементы IA группы, ПА группы, а также водород и гелий. Атомы элементов IA группы (Li, Na, К, Rb, Cs, Fr) на внешнем энергетическом уровне имеют сходную электронную конфигурацию (nS1 ),  т.е. у каждого атома имеется один валентный электрон, степень окисления всегда постоянна и равна +1. Все элементы  IA группы — металлы с сильно выраженными восстановительными свойствами. Это обусловлено тем, что атомы с легкостью теряют валентный электрон. При этом легкость отдачи атомом электрона зависит от заряда ядра атома. Объективными критериями этой легкости являются энергия ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность, которые приведены в таблице 3 для атомов элементов IA группы.

Таблица 3. Радиусы атомов (r), энергия ионизации (Е), сродство к электрону (е), электроотрицательность по Полингу (ЭОn)
Подгруппа Элемент r, нм Е, эВ e, эВ ЭОn
IA
3Li 0,155 5,39 0,59 1
11Na 0,189 5,14 0,34 0,91
19К 0,236 4,34 0,5
37Rb 0,248 4,18 0,6 0,8
56Cs 0,268 3,89 0,39 0,72
87Fr 0,28 3,98 - -

Как видно из данных табл. 3, атомные радиусы в направлении сверху вниз с увеличением порядкового номера элемента возрастают, поскольку увеличивается число электронных уровней. При этом энергия ионизации и другие вышеуказанные критерии (сродство к электрону, электроотрицательность) уменьшаются сверху вниз, а восстановительная способность нейтральных атомов, соответственно, увеличивается. Это объясняется тем, что с увеличением радиуса атома притяжение валентного электрона к ряду ослабляется.

Таким образом, элементы  IA группы, имеющие одинаковые электронные конфигурации на внешнем энергетическом уровне, проявляют различные химические свойства. Так, свойства элементов калия, рубидия и цезия отличаются от свойств натрия и особенно лития. Это объясняется, прежде всего, различными зарядами ядер, а также тем,  что у атома калия и его аналогов имеются свободные d — подуровни, Величина заряда ядра атомов оказывает влияние на биологическую роль элементов. Наряду с этим различия в величине зарядов ядер атомов позволяют оценивать количественное содержание каждого из элементов в организме: чем выше заряд ядра атома элемента, тем меньше его количественное содержание и, наоборот. Например, заряд ядра иона натрия (Na+) равен +11, а заряд ядра иона калия (К+) — +19. Общее количественное содержание натрия в организме человека составляет 0, 25% масс, а калия - 0,22% масс.

Различия в химических свойствах элементов  IA группы определяют различные биологические функции их в живом организме. Как указано выше, наряды ядер атомов натрия и калия не сходны между собой, поэтому биологические функции этих элементов различные. Например,  катионы натрия (Na+ ) являются межклеточными ионами, их  содержание в плазме крови составляет  130 ÷ 150 ммоль/л. Катионы калия (К ), наоборот, - типичные внутриклеточные катионы. Содержание катионов калия в эритроцитах составляет 95 ÷  115 ммолъ/л, а в плазме крови — только 4,5÷ 5,6 ммоль/л. Анализ вышеприведенных данных (см. табл.3) показывает, что химические свойства лития и натрия сходны. За счет этого при взаимодействии этих элементов в обмене веществ проявляется физиологический антагонизм. Последний наблюдается в том случае, если действие одного элемента направлено против действия другого. Поэтому в биологических процессах в живом организме ион лития может замещать ион натрия в случае его недостатка и наоборот. На этом свойстве основано, например, лечение солями натрия при отравлении соединениями лития.