8.1. Общие сведения о металлические элементы и металлы

Металлических элементов больше, чем неметаллических: из 118 известных на начало 2012 г. элементов свыше 90 - металлические. Все металлические элементы образуют простые вещества - металлы.

8.1.1. Электронное строение атомов металлических элементов

Атомы металлических элементов имеют на внешнем энергетическом уровне небольшое число электронов (один, два или три). До завершения внешнего энергетического уровня им не хватает соответствии семь, шесть или пять электронов. Атомы металлических элементов не могут присоединить такого количества електронів. им легче отдать один, два или три электроны, чтобы образовался октет. А потому атомы металлических элементов являются типичными восстановителями:

где n - количество электронов, которые отдает атом металлического элемента.

Рассмотрим электронное строение атома Калия: ₁₉К 1s²2s²2p⁶3s²2p⁶4s¹. На последнем, четвертом, на энергетическом уровне в атоме Калия содержится один электрон (4s¹), а на предпоследнем - октет электронов (3s²3p⁶). Поэтому атом Калия легко отдает один электрон. Частица, которая образовалась, получает элементарный электрический заряд +1. Заряд ядра атома Калия остался неизменным (+19), а электронов стало на один меньше, то есть 18. Итак, електронейтральний атом Калия превратился в положительно заряженную частицу - катион:

Рассмотрим строение атома Магния: ₁₂Mg 1s²2s²2p⁶3s².

На последнем, третьем энергетическом уровне атома есть два электрона (3s²), а на предпоследнем - октет электронов (2s²2p⁶). Атом Магния легко отдает два электрона. Частица, образующаяся (йон), получает заряд +2. Заряд ядра атома Магния остался неизменным (+12), а электронов стало на два меньше (10). Суммарный заряд равен +2. Таким образом електронейтральний атом Магния превращается в положительно заряженный ион - катион Магния:

Понятно, что каждый катион содержит меньше электронов, чем протонов. У катионов, по сравнению с електронейтральними атомами, уменьшается количество энергетических уровней: их становится на один меньше. Таким образом, радиусы катионов меньше, чем радиусы соответствующих атомов:

Способность атомов металлических элементов терять электроны возрастает с увеличением радиусов атомов: в периоде - справа налево, а в группе сверху вниз (для элементов главных подгрупп). Так, наиболее типичные металлические элементы размещаются внизу IА группы. Это, в частности, Цезий, Рубидий.

Атомы металлических элементов обнаруживают обычно только положительные степени окисления. Для s- и р-элементов они стали, а в d-элементов - могут быть разными (поскольку в них валентными являются не только s-, но и d-электроны). Это отражается и на изменении механических свойств: в побочных группах с увеличением порядкового номера элемента металлические свойства d-элементов ослабляются.

Простые катионы, которые образуют металлические элементы главных подгрупп I-III групп, входящих в состав соответствующих оксидов, оснований, солей.

Значение таких зарядов ионов для элементов главных подгрупп I-III групп совпадает с номером группы.

Так, металлические элементы группы ІА образуют простые катионы Ме⁺ (К⁺, Na⁺, Li⁴), группы ІІА - Е²⁺ (Са²⁺, Ва²⁺, Mg²⁺), группы ИIIА - Е³⁺ (Аl³⁺).

Однако эта закономерность не касается элементов побочных подгрупп. Так, d-элемент И группы Купрум образует два простые катионы - Сu⁺ и Сu²⁺, а Ферум (VIIIB)-Fe²⁺ и Fe³⁺.