Sэлементы

• Название: Sэлементы
• Дата: 25.10.2021
• Размер: 430.99 Kb.
• Имя файла: bibliofond.ru_875716.rtf
• Тип: Документы; #255082
• страница: 7 из 8

5. Элементы IА группы

S - элементы первой группы (литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций) - щелочные металлы. Некоторые сведения об этих элементах приведены в табл.

Атомы рассматриваемых элементов имеют единственный валентный электрон. По сравнению с элементами других подгрупп у них наиболее низкие значения энергии ионизации, размеры атомов и ионов наибольшие, у них сильно выражены металлические признаки. В атомарном и конденсированном состоянии это безусловные восстановители. Стандартные электродные потенциалы этих металлов очень низкие, что говорит об их высокой восстановительной активности.

Природные ресурсы. Соединения натрия и калия очень распространены, a Li, Rb и Сs - редкие элементы. Rb и Cs - относят к рассеянным элементам, их соединения - спутники калиевых минералов. Франция в природе ничтожно мало (один из изотопов Fr - продукт - распада актиния).

В свободном состоянии щелочные металлы не встречаются, а встречаются в виде соединений: Na₂OAi₂O₃6SiO₂ - натриевый полевой шпат, K₂OAi₂O₃6SiO₂-калиевый полевой шпат, NaCI - галит или каменная соль, КС1-сильвин, КС1MgCl₂6H₂O - карналлит. Толщина пластов каменной соли бывает более километра. В золе наземных растений содержится K₂CO_3, в золе водорослей Na₂СО Литий находится в виде алюмосиликатов и алюмофосфатов, из которых получают другие его соединения.
Таблица 5

Свойства элементов IА группы

Свойства	Li	Na	К	Rb	Cs	Fr
Атомная масса	6,94	22,99	39,1	85,47	132,9	223
Валентные электроны	2S1	3S1	4S1	5S1	6S1	7S1
Радиус атома, нм	0,155	0,189	0,236	0,248	0,268	0,280
Радиус иона, нм	0,068	0,095	0,133	0,149	0,165	-
Энергия ионизации, эВ	5,39	5,14	4,34	4, 18	3,89	3,83
Тпл.,°С	180, 5	97,8	63, 6	39,5	28,4	-
Содержание в земной коре, %	3,2∙10-3	2,5	2,5	1,5∙10-2	3,7∙10-4	-
Стандартный электродный потенциал, В	-3,045	-2,714	-2,924	-2,925	-2,923	-

Получение. Металлический литий получают электролизом расплавов LiCI и КС1.

Литий также получают восстановлением его оксидов:
Si + 2Li₂O 4Li + SiO_2.
Натрий получают электролизом расплавов, содержащих хлорид натрия, а также электролизом расплава NаОН:
Ni | NaOH | Fe

Анод: Катод:

4OH ^- 4e O₂+2H₂O Na⁺+le Na
Из-за высокой реакционной способности калия разработано несколько методов его получения:

) восстановление калия из расплавленного КОН или КС1 натрием;

) электролиз расплава смеси КС1 и К₂СО₃ (катод - жидкий свинец) с последующей отгонкой из сплава со свинцом. Удобным методом получения рубидия и цезия является термическое восстановление из хлоридов с помощью кальция в вакууме:
CsCℓ+ Ca CaCℓ₂ + 2Cs ,

RbCℓ + Ca CaCℓ₂ + 2Rb .
Легколетучие рубидий и цезий при этом отгоняются. Очищают Na, К, Rb, Cs вакуумной перегонкой.

Металлические Li, Na, К хранят в герметичной железной таре, Rb и Cs в запаянных стеклянных ампулах. Небольшие количества Li, Na, К в лабораториях хранят в керосине, из-за их высокой химической активности.

Свойства. В твердом состоянии в отсутствии влаги и воздухаLi, Na, К, Rb - имеют металлический блеск и серебристо - белую окраску, а Сs-золотисто - желтую. На воздухе металлический блеск быстро исчезает, поверхность металла покрывается оксидной пленкой. Щелочные металлы обладают высокой сжимаемостью, высокой электро - и тепло - проводимостью. Это легкие металлы, литий самый легкий из твердых веществ. Работа со щелочными металлами требует большой осторожности, т.к. они легко загораются, бурно реагируют с водой и другими веществами. После работы остатки щелочных металлов уничтожают, бросая их маленькими порциями в этанол, при этом образуется алкоголят натрия
Na + 2C₂H₅OН 2C₂H₅ONa + H₂ .
Соединения. Щелочные металлы реагируют с сухим водородом, образуя гидриды ЭН:
Na + H₂ = 2NaH,

К + Н₂ = 2КН.
Гидриды щелочных металлов - твердые кристаллические вещества, имеющие ионную решетку. Термическая стойкость гидридов уменьшается в ряду от LiH к CsH. Гидриды щелочных металлов являются сильными восстановителями. С водой они энергично взаимодействуют с выделением водорода:
ЭН + H₂O ЭОН + Н₂ ,

NaH + H₂O NaOH + H₂ .
Взаимодействуют с углекислым газом:
NaH + CO₂ NaCOOH.

формиат натрия
Реакционная способность гидридов увеличивается при переходе от LiH к CsH.

Все щелочные металлы энергично реагируют с кислородом, образуя оксиды, пероксиды, надпероксиды:
Li + O₂ 2Li₂O (оксид лития),

Na + O₂ Na₂O₂ (пероксид натрия).
Калий, рубидий, цезий с кислородом образуют надпероксиды:
Rb + O₂ = RbO₂ (надпероксид рубидия),

Cs + O ₂ = CsO₂ (надпероксид цезия).
Оксиды щелочных металлов Э₂O могут быть получены при недостатке кислорода. Оксиды Li₂O, Na₂О - бесцветные; К₂О, Rb₂O - желтые; Cs₂O - оранжевый (при увеличении размера иона, а следовательно, его поляризуемости, соединения становятся окрашенными). Надпероксид КО₂ имеет кристаллическую решетку типа КСℓ, в которой в положении ионов хлора находится надпероксид-ион O₂^-. Пероксиды являются солями пероксида водорода H₂O_2. Кислотные свойства Н₂О₂ выражены слабо и пероксиды при растворении в воде подвергаются почти полному гидролизу:
Na₂O₂ + 2HOH 2NaOH + Н₂O_2.
При гидролизе надпероксидов получается Н₂О₂ и О_2,2KO₂ + 2HOH 2KOH + 2H₂O₂ + O_2.

Пероксиды и надпероксиды щелочных металлов - сильные окислители.

Оксиды щелочных металлов энергично взаимодействуют с водой, образуя гидроксиды:
Э₂O + Н₂O 2ЭОН,

Na₂O + H₂O 2NaOH.
Еще более активно реагируют с водой щелочные металлы:
Cs + 2H₂O 2CsOH + H₂ (реакция протекает со взрывом).
Химические свойства. Гидроксиды щелочных металлов - бесцветные кристаллические вещества. Они легкоплавки и очень хорошо растворяются в воде (за исключением NaОН). Это щелочи (щелочью называются хорошо растворимые в воде основания). На практике применяют NaOH и КОН (едкий натр и едкое кали - технические названия). Щелочи жадно поглощают из воздуха влагу и CO_2:

+ CO₂ = NaНСО₃OH + H₂O = NaOH · Н₂О (кристаллогидрат NaOH)
Щелочи при плавлении разрушают стекло и фарфор:
NaOH (к) + SiO₂ (к) = Na₂SiO₃ (к) + H₂O (г).
При доступе кислорода щелочи разрушают платину, их плавят в сосудах из серебра, никеля или железа, хранят в полиэтиленовых сосудах. Твердые щелочи и их концентрированные растворы разрушают живые ткани, поэтому работа с ними требует мер предосторожности (резиновые перчатки, защитные очки). Из щелочей наибольшее практическое значение имеет NaОН, его получают:

) электролизом водного раствора NaCI:
2NaCl + 2H₂O Cl₂­+ H₂­ + 2NaOH
) нагреванием раствора соды с известковым молоком:
Na₂CO₃ + Ca (ОН) ₂ СаСO₃ ¯ +2NaOH.
Все щелочные металлы реагируют с кислотами, образуя соли:
Э + 2НС1 Н₂­ + 2ЭС1.
Взаимодействуют с галогенами:
2Na + Cl₂ 2NaCl,

K + Br₂ 2KBr,
а также с халькогенами:
Na + S Na₂S,

NaOH + H₂S Na₂S + 2H₂O (реакция нейтрализации),

NaOH + H₂S NaHS + H₂O.

избыток
Щелочные металлы с многоосновными кислотами образуют средние соли (Na₂CO_3, КNO₃, K₂SO₄, K₃PO₄ и т.д.) и кислые соли (NaHCO_3, KHSO_3, K₂HPO₄, NaH₂PO₄, NaHSO₄ и т.д.). Соли щелочных металлов и слабых кислот (СН₃СООН, HCN, H₂CO₃ и т.д.) гидролизируются, их водные растворы имеют щелочную реакцию:



Соли щелочных металлов (за исключением солей Li) хорошо растворимы в воде. Из солей щелочных металлов практическое значение имеет карбонат натрия Na₂СО₃ (кальцинированная сода). Ее получают аммиачным способом:
NН₃ + Н₂О + СО₂ NH₄НСО_3,гидрокарбонат аммония

NH₄HCO₃ + NaCℓ NaHCO₃ + NH₄Cℓ,

2NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O.
Выделяющийся СО₂ возвращают в процесс. При нагревании нитраты щелочных металлов разлагаются:
4LiNO₃ 2Li₂O + 4NO₂ + O_2,2KNO₃ 2KNO₂ + O₂.
Применение. Из щелочных металлов наибольшее применение находит натрий, его используют для получения пероксида натрия, в органических синтезах, в металлотермии, как теплоноситель в ядерных реакторах, для осушки органических растворителей. Калий применяют в металлотермии, из калия получают надпероксид КО₂, используемый в подводных лодках и космических кораблях для поглощения СО₂ и регенерации кислорода:
КО₂ + 2CO₂ 2К₂СО₃ + 3O_2.
Для этой же цели используют пероксид натрия:
Na₂O₂ + 2CO₂ 2Na₂CO₃ + O_2.
Литий служит добавкой к некоторым сплавам, его применяют в химических источниках тока для получения алюмогидрида лития. В авиации используют конструкционный материал А1-Li. Цезий применяют в фотоэлементах. Широкое применение находят соли щелочных металлов. NaCl - приправа к пище и консервирующее средство в пищевой промышленности, а также используется в производстве мыла, органических красителей. КС1 используют как удобрение. NaОН используют для производства искусственного волокна, очистки нефтепродуктов. Пероксид натрия - для отбелки, дезинфекции. Соли Na₂SO₄, К₂СО₃ используются для производства стекла, КNО₃ - для производства удобрения, Nа₂СО₃ применяют для производства алюминия, стекла, в мыловарении; NaHCO₃ используется в пищевой промышленности. Li₂О - входит в состав специальных сортов стекла, обладающих низкой температурой плавления.