Металлы с электронной конфигурацией s

19 Июня в 12:17 3165 0


s-Элементами называют элементы I и II групп (+ Не, находящийся в группе 0 (VIII) периодической таблицы). Все они, кроме H и Не, металлы. Металлы I группы называют щелочными, так как реагируют с водой с образованием щелочей. Металлы II группы, кроме Be, называют щелочноземельными. Термин «щелочная земля» обозначает оксиды этих металлов. Эти оксиды реагируют с водой с образованием щелочей.

Для s-элементов характерна конфигурация валентных электронов ns1 (1 группа) или ns2 (2 группа). Важнейшее химическое свойство металлов 1 группы — способность к образованию положительных однозарядных катионов. Высокие значения окислительно-восстановительных потенциалов металлов I и II групп свидетельствуют об их значительной реакционной способности, поэтому в обычных условиях они встречаются только в виде ионов. Эти ионы, в зависимости от рН, могут находиться в свободном виде или в виде комплексов, чаще всего с водой, углекислотой, ионами галогенов.

С водой щелочные металлы реагируют, выделяя большое количество теплоты (экзотермическая реакция). По мере увеличения атомного номера реакционная способность повышается настолько, что, начиная с К, образующийся в реакции Н2 возгорается, часто со взрывом. Значительная восстановительная способность щелочных металлов объясняется легкостью отдачи ими электрона.

Таблица 1. Металлы с электронной конфигурацией s

Период

Группа

1(главная)

2 (главная)

1

Н


2

Li

Вe

3

Na

Mg

4

К

Ca

5

Rb

Sr

6

Cs

Ba

7

Fr

Ra

Во внешней оболочке атомов всех s-металлов содержатся один (у элементов I группы — Li, Na, К, Rb, Cs, Fr) или два (у элементов II группы — Be, Mg, Са, Sr, Ва, Ra) электрона, очень легко отделяемых с образованием ионов, которые по конфигурации электронных оболочек аналогичны благородным газам. Изотопы всех щелочных металлов содержат некомпенсированный ядерный спин, то есть парамагнитны. В цельной крови эти изотопы распределяются согласно следующему правилу: чем больше радиус иона, тем выше его содержание в клетках крови (табл. 6).

Таблица 2. Соотношение коэффициента распределения Кр и радиуса ионов щелочных металлов

Металлы

Атомный Номер

Кp(П/К)

Rion

Li

3

2,6

78

Na

11

1,93

98

К

19

0,26

133

Поскольку ионы металлов I группы крупные, но не содержат d-электронов, комплексные соединения они образуют слабо, причем их способность к комплексообразованию с увеличением атомного номера уменьшается. Если хелатные комплексы все же образуются, их лиганды чаще всего оказываются кислородсодержащими.

Металлы II группы образуют комплексные соединения легче. Как правило, лигандами в этом случае оказываются сильные комплексообразователи с кислородными и азотными электроннодопорными атомами. Например, хелатный лиганд ЭДТА (рис. 1) часто используют для титриметрического определения концентрации ионов Са2+ и Mg2+ при анализе жесткости воды.

Комплекс этилендиаминтетрауксусной кислоты

Рис. 1. Комплекс этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА, "трилон Б") с Са2+

Завершая описание s-металлов, отметим особенности свойств Li и Be, объясняемую расположением этих элементов в верхней части I и II групп, соответственно, Периодической системы:

1) высокие по сравнению с другими членами групп энергии ионизации. Это объясняет ковалентный, а не ионный характер образуемых этими элементами соединений;

2) меньшие, чем у других членов групп, радиусы ионов, обусловливающие:

   а) высокую плотность заряда, следовательно, повышенную поляризующую способность, что проявляется в увеличенной ковалентности их соединений;

    б) повышенные энергии решетки соединений этих элементов, объясняющие их пониженную растворимость;

3) меньшую электроположительность по сравнению с другими членами групп. Однако Li обладает высоким окислительно-восстановительным потенциалом, обусловленным большей энергией гидратации.

Для биохимии и медицины существенно, что свойства Li и его соединений во многом сходны со свойствами Mg и его соединений. Известно, что Mg2+ играет в обмене веществ в живом организме очень большую роль, активируя АТФ и многие важные ферменты.

Подобное диагональное соотношение между элементами в периодической таблице отмечено также для пары Be и Al с их соединениями, хотя Be (II группа) по электронной конфигурации относится к s-элементам, а Аl (III группа) — к р-элементам. Кроме того, диагональное соотношение описано для пары В — Si и для ионов Na+Са2+Y3+.

Биологическая роль s-элементов очень велика. Ионы Na+, К+, Са2+, Mg2+, Cl- и НСО3- содержатся во всех биологических жидкостях. В частности, Na+ и Сl в большом количестве содержатся в плазме крови и обеспечивают ее осмотическое давление. В нервных клетках резкие изменения концентрации ионов Na+ и К+ вызывают электрические импульсы, обеспечивающие передачу сигналов в нервной системе.

В плазмалемме нервных клеток действует натриевый насос, обеспечивающий высокую концентрацию ионов К+ внутри нервных клеток, и ионов Na+ — в межклеточной жидкости. Когда ионы К+ диффундируют за пределы клетки, на ее плазмалемме возникает разность потенциалов, обусловленная избытком внутри клетки ионов Сl, имеющих отрицательный заряд. После стимулирования клетки через плазмалемму начинают проходить ионы Na+, в результате чего знак разности потенциалов изменяется на противоположный. После этого начинает распространяться электрический импульс.

Одним из проявлений гомеостаза считается также то, что хлорид натрия входит в состав потовой жидкости, выделение которой помогает охлаждать организм.

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Похожие статьи
  • 20.07.2012 74441 44
    Типы химических связей

    Каждый атом обладает некоторым числом электронов. Вступая в химические реакции, атомы отдают, приобретают, либо обобществляют электроны, достигая наиболее устойчивой электронной конфигурации. Наиболее устойчивой оказывается конфигурация с наиболее низкой энергией (как в атомах благородных газов&...

    Бионеорганика
  • 21.07.2012 19404 16
    Ионные насосы

    Ионными насосами называют молекулярные механизмы, локализованные в мембране и способные транспортировать вещества за счет энергии, высвобождаемой при расщеплении АТФ, или любого другого вида энергии.

    Бионеорганика
  • 19.06.2012 17249 20
    1 группа (1А подгруппа) — щелочные металлы (главная группа)

    В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.

    Бионеорганика
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы