Номер 1, страница 255 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

1. Используя данные таблицы 32, охарактеризуйте физические свойства щелочных металлов. Сравните их с другими известными вам металлами. Какие закономерности в изменении их свойств наблюдаются с увеличением порядкового номера элемента?

Физические свойства щелочных металлов

Щелочные металлы (литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr) — это элементы первой группы главной подгруппы Периодической системы. На основании данных об их свойствах можно дать следующую характеристику:

Агрегатное состояние и цвет: В обычных условиях все щелочные металлы, кроме франция, являются твердыми веществами. Они имеют серебристо-белый цвет (цезий — с золотистым оттенком) и обладают характерным металлическим блеском на свежем срезе, который быстро тускнеет на воздухе из-за окисления.

Твердость: Это очень мягкие металлы. Их твердость настолько мала, что они легко режутся ножом. Твердость уменьшается в группе сверху вниз — от лития к цезию.

Плотность: Щелочные металлы имеют очень низкую плотность. Литий, натрий и калий легче воды. Плотность в целом возрастает с увеличением порядкового номера (например, $\rho_{Li} = 0,53 \text{ г/см}^3$, а $\rho_{Cs} = 1,93 \text{ г/см}^3$), однако наблюдается аномалия: калий ($\rho_K = 0,86 \text{ г/см}^3$) легче натрия ($\rho_{Na} = 0,97 \text{ г/см}^3$).

Температуры плавления и кипения: У них очень низкие температуры плавления ($T_{пл}$) и кипения ($T_{кип}$) по сравнению с другими металлами. Например, цезий плавится уже при температуре $28,4^\circ C$. Эти температуры закономерно понижаются при переходе от лития к цезию, что связано с ослаблением металлической связи в ряду.

Тепло- и электропроводность: Как и все металлы, они являются хорошими проводниками тепла и электрического тока.

Ответ: Щелочные металлы — это мягкие, легкие, легкоплавкие металлы серебристо-белого цвета с низкой плотностью и высокой тепло- и электропроводностью. Их отличительной химической особенностью является очень высокая реакционная способность.

Сравнение с другими металлами

По сравнению с более привычными металлами, такими как железо (Fe), медь (Cu) или алюминий (Al), щелочные металлы обладают рядом уникальных свойств:

Твердость и плотность: Щелочные металлы несравнимо мягче и легче. Если железо ($\rho_{Fe} \approx 7,87 \text{ г/см}^3$) и медь ($\rho_{Cu} \approx 8,96 \text{ г/см}^3$) — это тяжелые и прочные конструкционные материалы, то щелочные металлы можно разрезать ножом, а некоторые из них плавают в воде.

Температуры плавления: Температуры плавления щелочных металлов значительно ниже. Например, $T_{пл}(\text{Na}) = 97,8^\circ C$, в то время как $T_{пл}(\text{Al}) = 660^\circ C$, а $T_{пл}(\text{Fe}) = 1538^\circ C$.

Химическая активность: Щелочные металлы чрезвычайно активны. Они бурно реагируют с водой, кислородом воздуха, галогенами и многими другими веществами. Поэтому их хранят под слоем керосина или в инертной атмосфере. Железо, медь, алюминий значительно менее активны, хотя и подвержены коррозии (окислению) в обычных условиях, но гораздо медленнее.

Ответ: В сравнении с большинством других металлов (например, железом, медью), щелочные металлы являются значительно более мягкими, легкими, имеют гораздо более низкие температуры плавления и несравненно более высокую химическую активность.

Закономерности в изменении свойств с увеличением порядкового номера

С увеличением порядкового номера элемента в группе щелочных металлов (при переходе от лития к цезию) наблюдаются следующие закономерности изменения свойств:

Увеличение атомного радиуса: С каждым следующим периодом добавляется новый электронный слой, поэтому размер атомов растет.

Уменьшение энергии ионизации: Валентный электрон находится все дальше от ядра и сильнее экранируется внутренними электронами, поэтому его легче оторвать. Это приводит к усилению металлических и восстановительных свойств.

Уменьшение электроотрицательности: Способность атома притягивать к себе электроны уменьшается с ростом радиуса.

Понижение температур плавления и кипения: С увеличением размера атомов ослабевает металлическая связь между ними, что приводит к снижению $T_{пл}$ и $T_{кип}$.

Увеличение плотности: Несмотря на рост объема атома, масса атома растет еще быстрее, поэтому плотность в целом увеличивается (за исключением аномалии K-Na).

Уменьшение твердости: Ослабление металлической связи делает металлы более мягкими.

Возрастание химической активности: Из-за уменьшения энергии ионизации металлы легче отдают свой валентный электрон, становясь химически более активными.

Ответ: С увеличением порядкового номера у щелочных металлов увеличиваются атомный радиус, плотность (в целом) и химическая активность, в то время как энергия ионизации, электроотрицательность, твердость, температуры плавления и кипения уменьшаются.