NEET Важная глава: Элементы s-блока

В современной периодической таблице элементы группы 1 и группы 2 известны как элементы s-блока. Элементы s-блока – это элементы, электронная конфигурация валентной оболочки которых ограничена s-орбиталью. Элементы с общей электронной конфигурацией ns 1 называются элементами группы 1 или щелочными металлами (кроме водорода).

Элементы с общей электронной конфигурацией ns 2 называются элементами группы 2 или щелочноземельными металлами. Члены s-блока находятся в крайней левой части Периодической таблицы.

Элементы s-блока” – важная тема экзамена NEET 2022. Физические свойства, химические свойства, аномальные свойства, биологическое значение Na, K, Ca и Mg, некоторые важные соединения элементов s-блока и так далее – все это важные темы.

В этой статье мы рассмотрим все, что касается характеристик элементов группы 1 и группы 2. В этой статье приведен пример типов вопросов, которые могут быть заданы по этой теме.

Важные темы элементов s-блока

Тенденция физических свойств

Тенденция химических свойств

Промышленное использование извести и известняка

Биологическое значение Na и K

Биологическое значение Mg и Ca

Получение и свойства карбоната натрия

Получение и свойства гидрокарбоната натрия

Приготовление и свойства NaCl, NaOH

Электронная конфигурация элементов s-блока

Щелочноземельные металлы

$left[He

ight]$ 2s 1

$left[He

ight]$ 2s 2

$left[Ne

ight]$ 3s 1

$left[Ne

ight]$ 3s 2

$left[Ar

ight]$ 4s 1

$left[Ar

ight]$ 4s 2

$left[Кррайт]$ 5s 1

$left[Kr

ight]$ 5s 2

$left[Xe

ight]$ 6s 1

$left[Xe

ight]$ 6s 2

$left[Rn

ight]$ 7s 1

$left[Rn

ight]$ 7s 2

Возникновение элементов s-блока

Элементы s-блока не встречаются в природе в свободном состоянии. Они всегда встречаются в соединенном состоянии, обычно это карбонаты, сульфаты, силикаты, фосфаты и т.д.

Все элементы первой группы – это мягкие серебристо-серые металлы. Щелочные металлы – самые реактивные из всех металлов, поэтому, будучи реактивными по своей природе, они никогда не встречаются в природе в свободном виде, а всегда находятся в соединенном состоянии.

Из всех щелочных металлов только натрий и калий встречаются в природе в изобилии, то есть являются 7-м и 8-м наиболее распространенными элементами по весу в земной коре. Их соединения широко известны и используются с давних времен. Последний элемент, Fr, встречается только в виде следов как продукт радиоактивного распада, поскольку период его полураспада очень мал.

Среди элементов второй группы бериллий не очень распространен, но магний и кальций довольно многочисленны.

Аномальные свойства первого элемента группы 1 и 2

Аномальное поведение лития (Li)

Литий, будучи первым членом группы щелочных металлов, проявляет характерные свойства щелочных металлов, но в то же время во многом от них отличается.

Атом Li и его ион имеют очень маленький размер. Ион лития (Li+ ) из-за своего малого размера оказывает сильное поляризующее действие на анионы в своих соединениях, что приводит к увеличению ковалентности.

Атом лития имеет самую высокую энтальпию ионизации и низкий электроположительный характер по сравнению с другими щелочными металлами.

Отсутствие d-орбиталей в его валентной оболочке.

Литий обладает сильной металлической связью, что в определенной степени обуславливает его низкую реакционную способность.

Аномальное поведение бериллия (Be)

Бериллий отличается от остальных щелочноземельных металлов своим малым атомным размером, высокой электроотрицательностью и небольшим различием в электронной конфигурации. Be 2+ очень мал. Он оказывает сильное поляризующее действие на любой связанный с ним анион. Поэтому соединения бериллия имеют ковалентный характер. Соединения Be имеют низкую температуру плавления и растворимы в органических растворителях. Они гидролизуются в воде.

Диагональные отношения

Сходство между литием и магнием

Литий, элемент первой группы, проявляет сходство с магнием, элементом второй группы. Это сходство называется диагональной связью.

Электроотрицательности Li и Mg вполне сопоставимы.

Атомные и ионные радиусы Li и Mg не сильно отличаются друг от друга.

Атомные объемы лития и магния очень похожи.

Оба имеют высокую поляризующую способность (ионный потенциал), а также оба являются твердыми металлами.

Оба имеют высокую поляризующую способность (ионный потенциал), а также оба являются твердыми металлами.

Оба имеют высокую поляризующую способность (ионный потенциал), а также оба являются твердыми металлами.

Оба имеют высокую поляризующую способность (ионный потенциал), а также оба являются твердыми металлами.

Be и Al имеют сильную склонность к образованию ковалентных соединений.

Be и Al имеют сильную склонность к образованию ковалентных соединений.

Be и Al имеют сильную склонность к образованию ковалентных соединений.

Be и Al имеют сильную склонность к образованию ковалентных соединений.

Оба имеют высокую поляризующую способность (ионный потенциал), а также оба являются твердыми металлами.

Оба имеют высокую поляризующую способность (ионный потенциал), а также оба являются твердыми металлами.

Тенденция щелочноземельных металлов

Be и Al имеют сильную склонность к образованию ковалентных соединений.

Увеличивается вниз по группе

Оба имеют высокую поляризующую способность (ионный потенциал), а также оба являются твердыми металлами.

Увеличивается вниз по группе

Уменьшение группы

Уменьшение группы

Уменьшение группы

Уменьшается группа

Увеличивает группу

Атомные и ионные радиусы Li и Mg не сильно отличаются друг от друга.

Атомные объемы лития и магния очень похожи.

Уменьшается по группе

Увеличивается вниз по группе (исключение: K имеет меньшую плотность, чем Na)

Увеличивается вниз по группе

Li – багрово-красный,

Na – желтый цвет, K – фиолетовый, Rb – красно-фиолетовый, Cs – синий цвет

Be, Mg – не дает

Ca – кирпично-красный, Sr – малиновый,

Ba – яблочно-зеленый цвет

Тенденции химической реактивности с водой, кислородом, водородом и галогенами

Тенденция щелочных металлов

Тенденция щелочноземельного металла

Li образует монооксид (Li 2 O), Na пероксид (Na 2 O 2 ) и супероксид покоя (MO 2 ; где M = K, Rb, Cs).

Все образуют оксиды (MO), Sr и Ba также образуют пероксид (MO 2 ).

2M + O 2 → 2MO (где M = Be, Mg или Ca)

Ca – кирпично-красный, Sr – малиновый,

2M + 2H 2 O → 2MOH + H 2 (где M = Li, Na, K, Rb, Cs).

Реакционная способность по отношению к воде

увеличивается от Li к Cs.

M + 2H 2 O → M(OH) 2 + H 2 (где M = Be, Mg, Ca, Sr, Ba).

Образует ионный гидрид (кроме Li), т.е. M + H –

Образует ионный гидрид (кроме Be)

M + H 2 → MH 2 (где M = Mg, Ca, Sr или Ba)

Образует ионные галогениды (кроме Li)

2M + X 2 → 2M + X – (где M = Na, K и т.д. и X = F, Cl, Br, I)

Реакционная способность щелочных металлов по отношению к определенному галогену

увеличивается от Li к Cs.

Образует ионные галогениды (кроме Be)

M + X 2 → MX 2 (где M = Mg, Ca, Sr и т.д., а X = F, Cl, Br, I).

Получение и свойства некоторых важных соединений Na (карбонат натрия, хлорид натрия, гидроксид натрия и гидрокарбонат натрия)

Карбонат натрия (Na 2 CO 3 )

В процессе электролиза NaCl сначала превращается в NaOH. В камере Нельсона, используемой для производства гидроксида натрия, вместе с паром вдувается углекислый газ под давлением. Таким образом, полученный гидроксид натрия вступает в реакцию с углекислым газом с образованием карбоната натрия.

2 NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O

Это кристаллическое твердое вещество белого цвета, которое также известно в нескольких гидратированных формах. Распространенной формой является декагидрат Na 2 CO 3 .10H 2 O. Эта форма называется стиральной содой.

Хлорид натрия (NaCl)

NaCl получают путем испарения морской воды на солнце, но из-за присутствия примесей, таких как CaSO 4 , CaCl 2 и MgCl 2 , он расслаивается и затем очищается путем пропускания газа HCl через нечистый насыщенный раствор NaCl, после чего из-за эффекта общих ионов выпадает чистый NaCl.

NaCl представляет собой белое кристаллическое твердое вещество, слегка гигроскопичное. Он растворим в воде. NaCl растворяется в воде при поглощении тепла и нерастворим в спирте.

Гидроксид натрия (NaOH)

Процесс каустизации (Госсаж) зависит от реакции между суспензией извести (известковое молоко, гидроксид кальция) и карбонатом натрия. Эта реакция обратима.

Промышленное использование извести и известняка

NaOH представляет собой белое кристаллическое твердое вещество с мыльным оттенком. Он сильно расслаивается, хорошо растворим в воде и горький на вкус. Его растворимость в спирте сравнительно меньше. Кроме того, он коррозийный по своей природе.

Гидрокарбонат натрия (NaHCO 3 )

NaHCO 3 получают как промежуточный продукт в процессе аммиачной соды Solvay. Кроме того, обычный карбонат можно превратить в бикарбонат, пропуская диоксид углерода через его насыщенный раствор.

Биологическое значение Mg и Ca

NaHCO 3 – это белое кристаллическое твердое вещество, мало растворимое в воде. Раствор имеет щелочную природу вследствие гидролиза, поэтому раствор является слабоосновным. При нагревании NaHCO 3 теряет углекислый газ и воду, образуя карбонат натрия.

Биологическое значение натрия и калия

Ионы натрия содержатся в клетках человека, таких как нервные клетки, и регулируют поток воды через мембрану. Кроме того, Na необходим для транспортировки сахаров и аминокислот в клетках.

Ионы калия содержатся в клетках. Кроме того, они регулируют работу стоматориев, например, открывают и закрывают их. Ионы калия помогают поддерживать осмолярность клетки.

Натрий и калий поддерживают электролитный баланс организма. Если потребление Na высокое, а потребление K низкое, то существует вероятность сердечных заболеваний и риск смерти.

Функция натрий-калиевого насоса заключается в том, что он перекачивает ионы натрия и калия против градиента концентрации. Ионы натрия выкачиваются, а калий поступает внутрь. Натриево-калиевый насос важен для передачи нервных импульсов в человеческом организме.

Промышленное использование извести и известняка

Известняк – это карбонатная осадочная порода, которая образуется преимущественно на морском дне, где накапливаются материалы, богатые карбонатами кальция. Его основным компонентом является карбонат кальция (CaCO 3 ).

Оксид кальция (CaO) также называют негашеной известью или негашеной известью. Гашеная известь является коммерческим соединением, используемым в различных химических отраслях, таких как каустическая сода, в очистке сахара, производстве красителей, отбеливающего порошка, карбида кальция, солей кальция, строительных растворов, цемента, стекла и т.д.

Биологическое значение Mg и Ca

Кальций в огромных количествах содержится в наших костях и зубах.

Ca помогает в свертывании крови во время травмы. Без достаточного количества кальция (Ca) этот сгусток будет формироваться очень долго.

Присутствие Ca помогает сдерживать процесс метаболизма азота, содержащегося в растениях. Без достаточного количества Ca нарушается весь процесс роста растений, а также количество хлоропластов в них.

Кальций помогает стабилизировать проницаемость клеточных мембран, а также способствует правильному функционированию сердца и нервов.

Важную роль в этом процессе играет хлорофилл, который отвечает за фотогенные реакции в зеленых растениях, содержащих магний.

Магний (Mg) также необходим для правильного функционирования и стабильности ДНК, а также для ее синтеза.

Mg необходим для поддержания электролитов в организме человека и играет важную роль в биохимических реакциях, которые катализируются ферментами.

Магний (Mg) также необходим для производства достаточного количества энергии в клетках нашего организма.

Решенные примеры из главы

Пример 1: Исходя из энергии решетки и других соображений, какой из следующих хлоридов щелочных металлов будет иметь самую высокую температуру плавления?

(a) LiCl (b) KCl (c) NaCI (d) RbCI< MgO < CaO < BaO. So, the most acidic oxide should be BeO. In fact, BeO is an amphoteric oxide while MgO, CaO, and BaO are basic oxides.

Исходя из энергии решетки, температура плавления снижается сверху вниз в группе щелочных металлов, так как энергия решетки уменьшается с увеличением атомного номера. Так, LiCl должен иметь самую высокую температуру плавления, но LiCI имеет ковалентный характер из-за очень малого размера иона Li+. Поэтому температура плавления NaCl является самой высокой среди перечисленных хлоридов.

Таким образом, правильным ответом является вариант (c) NaCl.

Ключевой момент для запоминания: Когда мы двигаемся сверху вниз в группе щелочных металлов, энергия решетки уменьшается, поэтому температура плавления также уменьшается. Но здесь исключение составляет Li, так как он проявляет ковалентный характер из-за своего малого размера.

Пример 2: У какого из следующих соединений энергия гидратации выше энергии решетки?

(a) MgSO 4 (b) BaSO 4 (c) SrSO 4 (d) CaSO 4

Решение: Чем меньше ион, тем выше степень гидратации, т.е. тем выше энергия гидратации. Таким образом, энергия гидратации уменьшается по мере увеличения размера иона от Mg 2+ до Ba 2+ . Здесь ион Mg 2+ является самым маленьким ионом и, следовательно, имеет самую высокую энергию гидратации. Таким образом, правильный ответ – вариант (a) MgSO 4 .

Ключевой момент для запоминания: Энергия гидратации определяется как энергия, выделяемая при растворении одного грамм-моля иона в воде для его гидратации. Энергия гидратации ионов щелочноземельных металлов также уменьшается сверху вниз.

Решенные вопросы из прошлогодних задачников

Вопрос 1: Какой из перечисленных ниже оксидов является наиболее кислотным по своей природе?

Решение: Данные оксиды относятся к элементам группы 2, которые являются металлами. При движении вниз по группе, металлический характер увеличивается, поэтому основной характер также увеличивается. Следовательно, порядок основных свойств данных оксидов будет следующим: BeO

Таким образом, правильный ответ – вариант (a) BeO.

Хитрость: Как правило, оксиды металлов являются основными по своей природе. Когда мы двигаемся сверху вниз в группе, основной характер оксидов увеличивается.

Вопрос 2: Ионная подвижность какого из следующих ионов щелочных металлов наименьшая, если водный раствор их солей поместить под электрическое поле?

(a) Na (b) Rb (c) Li (d) K

Решение: Как правило, ионная подвижность ионов щелочных металлов увеличивается вниз по группе. При этом Li+, будучи самым маленьким ионом, имеет максимальную плотность заряда. Li+ наиболее сильно гидратирован среди всех ионов щелочных металлов. Эффективный размер Li+ в водном растворе самый большой. Следовательно, под действием электрического поля ион Li+ движется медленнее всего.

Таким образом, правильным ответом является вариант (c) Li.

Хитрость: Ионная подвижность ионов щелочных металлов увеличивается сверху вниз в группе. Кроме того, чем меньше размер иона, тем больше степень гидратации, следовательно, тем меньше ионная подвижность.

Вопрос 3: В каком из следующих утверждений неверно:

(a) Ионы Mg 2+ важны в зеленых частях растений.

(b) Ионы Mg 2+ образуют комплекс с АТФ.

(c) Ионы Ca 2+ важны для свертывания крови.

(d) Ионы Ca 2+ не играют важной роли в поддержании регулярного биения сердца.

Решение: Мы знаем, что ион Mg 2+ является центральным атомом в хлорофилле, который придает растениям зеленый цвет. И мы знаем, что АТФ является наиболее важной формой энергетической валюты в живых системах. Ионы Mg 2+ связываются с АТФ и образуют комплекс, чтобы сделать АТФ биологически активным.

Следовательно, варианты (a) и (b) верны. Ионы Ca 2+ важны для свертывания крови, а также для поддержания регулярного биения сердца, чтобы оно могло сокращаться и перекачивать кровь к остальным частям тела. Следовательно, вариант (c) верен, а вариант (d) – ложное утверждение, которое является правильным ответом.

Хитрость: Ионы Ca 2+ важны для свертывания крови, а также важны для поддержания регулярного биения сердца.

Практические вопросы

Вопрос 1: Химикат “X” используется для смягчения воды, чтобы удалить временную жесткость. Затем “ИКС” вступает в реакцию с карбонатом натрия, в результате чего образуется каустическая сода. Когда CO 2 пропускают через “Икс”, он становится мутным. Какова химическая формула “X”?

(a) CaO (b) CaCO 3 (c) Ca(OH) 2 (d) Ca(HCO 3 ) 2