Химические элементы I группы ПСХЭ. Элементы i группы

• Название: Элементы i группы
• Анкор: Химические элементы I группы ПСХЭ
• Дата: 19.07.2022
• Размер: 32.3 Kb.
• Имя файла: Химические элементы I группы ПСХЭ.docx
• Тип: Доклад; #633412

Доклад к реферату на тему «Элементы I группы»
1. Какие металлы находятся в I главной подгруппе ПСХЭ?

В I группу периодической таблицы химических элементов Менделеева входят 6 металлов: натрий (Na), рубидий (Rb), литий (Li), калий (K), цезий (Cs), франций (Fr). Данные металлы называют щелочными, так как при взаимодействии с водой они и их оксиды образуют щёлочи.
2. Назовите общий признак электронного строения щелочных металлов.

Общий признак электронного строения всех щелочных металлов заключается в строении внешнего энергетического уровня, он содержит всего один неспаренный электрон на s-орбитали. При химическом взаимодействии с другим элементом щелочному металлу энергитически выгодно отдать этот электрон и получить устойчивое строение внешнего энергетического уровня.
3. Каким образом изменяется диаметр атома при движении вниз по I группе ПСХЭ? Как это сказывается на уровне энергии ионизации атомов?

С ростом порядкового номера щелочного металла увеличивается не только общее количество энергетических уровней, но и радиус атома, что в свою очередь, обуславливает уменьшение энергии ионизации в направлении от лития к францию. Франций расстается гораздо легче со своим s-электроном, чем литий.

Для щелочных металлов (сверху вниз по группе) характерно:

- увеличение радиуса атомов;

- уменьшение электроотрицательности;

- усиление восстановительных, металлических свойств.

4. Назовите самые распространенные природные соединения натрия и калия.

Калия является породообразующим элементом для слюд и полевых шпатов. Входит в состав следующих минералов:

- сильвина – KCl;

- сильвинита – KCl*NaCl;

- карналлита – KCl*MgCl₂*6H₂O;

- каинита – KCl*MgSO₄*6H₂O.

Кларк калия в земной коре составляет 2,4%. Содержание в морской воде может достигать 350 мг/л.

Натрий в больших количествах содержится в следующих минералах:

- галит – NaCl;

- ортоклаз - К₂O*Al₂O₃*SiO₂*Na₂O.

Кларк натрия в земной коре доходит до 25 кг/т, а содержание в морской воде колеблется от 10 до 12%. 
5. Конфигурацию каких инертных газов приобретаю щелочные металлы при отдаче электронов?

В периодической системе щелочные металлы следуют за инертными газами, поэтому с них в каждом периоде начинается заполнение нового электронного уровня. Поэтому для щелочных металлов характерно наличие одного неспаренного электрона на внешнем энергетическом уровне.

Очевидно, что валентные электроны щелочных металлов могут быть легко удалены, потому что атому энергетически выгодно отдать электрон и приобрести конфигурацию соответствующего инертного газа: литий при отдаче электронов приобретает конфигурацию гелия; натрий – конфигурацию неона; калий – конфигурацию аргона; рубидий – конфигурацию криптона; цезий – конфигурацию ксенона; франций – конфигурацию радона.

6. Назовите физические отличительные особенности щелочных металлов.

Все металлы этой подгруппы имеют серебристо-белый цвет, исключение цезий, он серебристо-жёлтого цвета. Также они очень мягкие, их можно резать лезвием. Литий, натрий и калий легче воды и плавают на её поверхности, реагируя с ней. В чистом виде щелочные металлы представляют собой легкие, мягкие вещества серебристо-белого цвета на срезе, быстро тускнеющие на воздухе вследствие окисления (цезий имеет золотисто-желтый оттенок). Металлы отличаются высокой электро- и теплопроводностью.

Пары щелочных металлов интенсивно окрашены в различные цвета: Na - пурпурный, К - сине-зеленый, Rb - зеленовато-синий.

Температуры плавления и кипения щелочных металлов понижаются с увеличением порядкового номера.

Большие размеры атомов щелочных металлов приводят к малой плотности:

- плотность натрия – 0,970 г/см³;

- плотность калия – 0,857 г/см³;

- литий вообще самый легкий металл, его плотность всего 0,530 г/см³.
7. Опишите химические свойства щелочных металлов.

Щелочные металлы химически очень активные вещества. На воздухе быстро реагируют с составными частями воздуха, в результате чего из поверхность покрывается рыхлым толстым слоем смеси веществ.

Щелочные металлы вступают в следующие реакции:

- бурно реагируют с водой с образованием щелочей, активность возрастает с ростом атомного номера - натрий воспламеняется, а рубидий взрывается:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

- с кислородом щелочные металлы образуют оксиды, пероксиды, суперпероксиды:

4Li + O₂ → 2Li₂O (оксид лития)

- с азотом образуют нитриды:

6K + N₂ → 2K₃N (нитрид калия)

- с серой образуют сульфиды:

2Li + S → Li₂S (сульфид лития)

- с водородом образуют гидриды:

2Cs + H₂ → 2CsH (гидрид цезия)

- взаимодействуют с галогенами, образуя галогениды:

2Cs + Cl₂ → 2CsCl (хлорид цезия)

- бурно реагируют с кислотами с выделением водорода:

2Na + H₂SO_4(разб) → Na₂SO₄ + H₂↑

- с концентрированной серной восстанавливают серу до степени окисления -2:

8Na + 5H₂SO_4(конц) → 4Na₂SO₄ + H₂S + H₂О

- с разбавленной азотной продуктом восстановления является нитрат аммония или аммиак:

8Na + 10HNO₃ → 8NaNO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O

- с концентрированной азотной продуктом восстановления является оксид азота:

11Na + 14HNO₃ → 11NaNO₃ + NO + N₂O + 7H₂O

8. В чем заключается различие щелочных и щелочноземельных металлов?

Основное различие между щелочными металлами и щелочноземельными металлами заключается в том, что щелочные металлы имеют один валентный электрон на самой внешней орбите, в то время как щелочноземельные металлы имеют два валентных электрона на самой внешней орбите.
9. Нахождение щелочных металлов в природе.

Ввиду своей химической активности, щелочные металлы в самородном виде в природе не встречаются. В земной коре больше всего содержится натрия и калия, содержание их примерно равно. Оба металла входят в состав различных минералов и горных пород силикатного типа. В верхних слоях литосферы содержится достаточно много калия в виде хлористых солей или солей сложного состава (совместно с натрием и магнием). Однако крупных залежей калия, имеющих промышленное значение, очень мало.

Залежи натриевой селитры находятся в Чили. В воде многих озер содержится сода. Наконец, огромные количества сульфата натрия находятся в заливе Кара-Богас-Гол Каспийского моря, где эта соль в зимние месяцы толстым слоем осаждается на дне.

Значительно меньше, чем натрий и калий, распространены литий, рубидий и цезий. Чаще других встречается литий, но содержащие его минералы редко образуют большие скопления. Рубидий и цезий содержатся в небольших количествах в некоторых литиевых минералах.

Франций вообще считается одним из самых редких элементов, его общее содержание в дитосфере оценивается в 350 г. все изотопы франция радиоактивны, однако его количество постоянно компенсируется возникновением новых атомов при распаде урана-235 и тория-232.
10. Содержание щелочных металлов в организме человека. Какова их роль в обмене веществ?

В организме взрослого человека содержится всего около 70 мг лития, его можно обнаружить в лимфоузлах, щитовидной железе, сердце, легких, печени, кишечнике, надпочечниках, плазме крови, а также в малых количествах в других органах и тканях. Также он включается в наиболее быстро обновляющуюся и растущую (плод, дети) ткань.

Недостаток лития в пищевом рационе способствует заболеваемости маниакально-депрессивными психозами, шизофренией и др. Для депрессивных больных характерен избыток, а для страдающих маниями - недостаток лития в клетках. Роль же лития важна для выравнивания натрий-калиевого баланса в организмах больных.

Литий - жизненно необходимый микроэлемент. Суточная норма потребления - 2-3 мг.

Содержание натрия в организме человека массой 70 кг составляет 60 г. Из этого 44% натрия находится во внеклеточной жидкости и 9% - во внутриклеточной.

Натрий – основной внеклеточный ион, в организме находится в виде растворимых солей NaCl, Na₃PO₄, NaHCO₃, распределен в сыворотке крови, спинномозговой жидкости, по всему организму, глазной жидкости, пищеварительных соках, желчи, почках, легких, мозге. Натрий поддерживает постоянство осмотического давления и кислотно-основное равновесие (фосфатная буферная система Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄).

В поддержании кислотно-щелочного равновесия в организме важнейшая роль принадлежит натрию. Его главная обязанность поддерживать нормальное кровяное давление, защищать организм от потери жидкости, влиять на мышечную активность.

Недостаток натрия - гипонатриемия - определяется как снижение концентрации натрия в плазме крови ниже нормальных значений. Несмотря на то, что потеря жидкости и солей чаще всего сопровождают друг друга, можно встретить и дефицит только натрия. Основной причиной уменьшения количества натрия в организме является дегидратация (потеря жидкости) в результате сильного потоотделения, диареи или рвоты. Также значительная потеря натрия возможна при адреналиновой недостаточности, когда наблюдаются нарушения клубочковой реабсорбции.

Содержание калия в организме 70 кг приблизительно 160 г. Калий - основной внутриклеточный катион, распространен по всему организму: печень, почки, сердце, костная ткань, мышцы, кровь, мозг. Ионы К⁺ играют важную роль в физиологических процессах - сокращении мышц, функционировании сердца, проведении нервных импульсов. Калий антагонист натрия. Калий в отличие от натрия «работает» внутри клеток, где участвует в регулировании водного баланса. Необходим калий для нормальной работы сердечной мышцы.

В норме содержание калия в крови колеблется от 3,5 до 5,2 ммоль/л. Калий играет роль в функционировании нервной системы, сокращении мышц, поддержании водного баланса организма, поддержании нормального кровяного давления и сахара в крови, во многих биохимических реакциях, обеспечивающих жизнедеятельность человека.

Всего в теле человека содержится около 1 г рубидия. В организм рубидий поступает с пищей. Большое количество его содержится в чае, кофе, минеральной воде. Минимальная ежедневная потребность человека в рубидии составляет 0,1 мг.

Цезий в организме замещает калий и является опасным для организма.

О франции точных данных нет, этот химический элемент находится на стадии изучения влияния на организм, но он относится к опасным элементам.
11. Производство различных соединений щелочных металлов

Для получения гидроксидов щелочных металлов в основном используют электролитические методы. Наиболее крупнотоннажным является производство гидроксида натрия электролизом концентрированного водного раствора поваренной соли. Прежде щёлочь получали реакцией обмена, но получаемая таким способом щёлочь была сильно загрязнена содой.

Важным продуктом, содержащим щелочной металл, является сода. Основное количество соды во всём мире производят по методу Сольве, предложенному ещё в начале XX века. Суть метода состоит в следующем: водный раствор NaCl, к которому добавлен аммиак, насыщают углекислым газом при температуре 26-30°C. При этом образуется малорастворимый гидрокарбонат натрия, называемый питьевой содой.

При прокаливании гидрокарбоната натрия получается кальцинированная, или стиральная, сода и диоксид углерода, используемый в процессе получения гидрокарбоната натрия.

В отличие от малорастворимой кислой соли, гидрокарбонат калия хорошо растворим в воде, поэтому карбонат калия, или поташ, K₂CO₃ получают действием углекислого газа на раствор гидроксида калия.

Литий - единственный щелочной металл, для которого не получен гидрокарбонат. Причина этого явления в очень маленьком радиусе иона лития, который не позволяет ему удерживать довольно крупный ион HCO₃⁻.
12. Применение щелочных металлов и их соединений

Из щелочных металлов наибольшее применение находит натрий. Основными областями его использования является производство металлов и сплавов. Натрий служит восстановителем при получении калия, титана и циркония.

Натрий используется также для получения неорганических и органических соединений. Он служит восстановителем органических соединений, катализатором.

Натрий в сплаве с калием является теплоносителем (переносчиком теплоты) в ядерных реакторах.

Гидроксид натрия используется для изготовления мыла, синтетических моющих средств, искусственного волокна, органических соединений, например фенола.

Сульфат натрия применяют в производстве серной кислоты, соды и стекла.

Хлорид натрия используется для производства важных химических веществ, таких как: натрий, гидроксид натрия, хлор, хлороводородная кислота и сода. Растворы хлорида натрия используют в медицине (физраствор), кулинарии (засолка овощей).

Гидроксиды натрия, калия и лития входят в состав электролитов щелочных аккумуляторов.

Соединения натрия и калия применяют в производстве мыла и синтетических моющих средств.

Литий применяется для производства сплавов на основе меди, магния и алюминия (придаёт сплавам лёгкость), в металлургии - для удаления из металлов примесей кислорода, водорода, азота, серы, с которыми литий образует соединения, переходящие в шлак.

Калий, рубидий и цезий используют для создания фотоэлементов, которые преобразуют энергию света в электрическую.

Соли калия применяют главным образом в виде минеральных удобрений. В качестве удобрений обычно используют хлорид, нитрат и сульфат калия. Поташ используют в производстве стекла и жидкого мыла.

Соединения лития, рубидия и цезия служат добавками в производстве специальных стекол.