Щелочи это металлы 1 группы

Щелочные металлы — общее название элементов 1-й группы периодической системы химических элементов.

Ее состав: литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs), франций (Fr), и гипотетический элемент — унуненний (Uue).

Наименование группы произошло от названия растворимых гидроксидов натрия и калия, обладающих реакцией и вкусом щелочи. Рассмотрим общие черты строения атомов элементов, свойства, получение и применение простых веществ.

Устаревшая и новая нумерация группы

По устаревшей системе нумерации щелочные металлы, занимающие крайний слева вертикальный столбец таблицы Менделеева, относятся к I-А группе. В 1989 году в качестве основного Международный химический союз (IUPAC) предложил иной вариант (длиннопериодный).

Щелочные металлы в соответствии с новой классификацией и сплошной нумерацией относятся к 1-й группе. Открывает эту совокупность представитель 2-го периода — литий, завершает ее радиоактивный элемент 7-го периода — франций.

У всех металлов 1-й группы во внешней оболочке атомов содержится один s-электрон, который они легко отдают (восстанавливаются).

Щелочи это металлы 1 группы

Строение атомов щелочных металлов

Для элементов 1-й группы характерно наличие второго энергетического уровня, повторяющего строение предшествующего инертного газа. У лития на предпоследнем слое — 2, у остальных — по 8 электронов. В химических реакциях атомы легко отдают внешний s-электрон, приобретая энергетически выгодную конфигурацию благородного газа.

Элементы 1-й группы обладают малыми величинами энергии ионизации и электроотрицательности (ЭО). Они легко образуют однозарядные положительные ионы. При переходе от лития к францию возрастает количество протонов и электронов, радиус атома. Рубидий, цезий и франций легче отдают внешний электрон, чем предшествующие им в группе элементы.

Следовательно, в группе сверху вниз увеличивается восстановительная способность.

Щелочи это металлы 1 группыЛегкая окисляемость щелочных металлов приводит к тому, что элементы 1-й группы существуют в природе в виде соединений своих однозарядных катионов. Содержание в земной коре натрия — 2,0%, калия — 1,1%. Другие элементы в ней находятся в малых количествах, например, запасы франция — 340 г. Хлорид натрия растворен в морской воде, рапе соленых озер и лиманов, образует залежи каменной или поваренной соли. Вместе с галитом встречаются сильвинит NaCl • KCl и сильвин KCl. Полевой шпат образован алюмосиликатом калия K2[Al2Si6O16]. В воде ряда озер растворен карбонат натрия, а запасы сульфата элемента сосредоточены в акватории Каспийского моря (Кара-Богаз-Гол). Встречаются залежи нитрата натрия в Чили (чилийская селитра). Существует ограниченное число природных соединений лития. В качестве примесей к соединениям элементов 1-й группы встречаются рубидий и цезий, а франций находят в составе урановых руд.

Последовательность открытия щелочных металлов

Британский химик и физик Г. Дэви в 1807 году провел электролиз расплавов щелочей, впервые получив натрий и калий в свободном виде. В 1817 году шведский ученый Иоганн Арфведсон открыл элемент литий в минералах, а в 1825-м Г. Дэви выделил чистый металл.

Рубидий был впервые обнаружен в 1861 году Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом. Немецкие исследователи анализировали состав алюмосиликатов и получили в спектре красную линию, соответствующую новому элементу.

В 1939 году сотрудница Парижского института радиоактивности Маргарита Пере установила существование изотопа франция. Она же дала название элементу в честь своей родины. Унуненний (эка-франций) — предварительное название нового вида атомов с порядковым номером 119.

Временно используется химический символ Uue. Исследователи с 1985 года предпринимают попытки синтеза нового элемента, который станет первым в 8-м периоде, седьмым в 1-й группе.

Физические свойства щелочных металлов

Щелочи это металлы 1 группыПочти все щелочные металлы обладают серебристо-белым цветом и металлическим блеском на свежем срезе (цезий имеет золотисто-желтую окраску). На воздухе блеск тускнеет, появляется серая пленка, на литии — зеленовато-черная. Этот металл обладает наибольшей твердостью среди соседей по группе, но уступает тальку — самому мягкому минералу, открывающему шкалу Мооса. Натрий и калий легко сгибаются, их можно разрезать. Рубидий, цезий и франций в чистом виде представляют тестообразную массу. Плавление щелочных металлов происходит при относительно низкой температуре. Для лития она достигает 180,54 °С. Натрий плавится при температуре 97,86 °С, калий — при 63,51 °С, рубидий — при 39,32 °С, цезий — при 28,44 °С. Плотность щелочных металлов меньше, чем родственных им веществ. Литий плавает в керосине, поднимается на поверхность воды, калий и натрий также всплывают в нем.

Кристаллическое состояние

Кристаллизация щелочных металлов происходит в кубической сингонии (объемно-центрированной). Атомы в ее составе обладают зоной проводимости, на свободные уровни которой могут переходить электроны.

Именно эти активные частицы осуществляет особую химическую связь — металлическую. Общность строения энергетических уровней и природа кристаллических решеток объясняют сходство элементов 1-й группы.

При переходе от лития к цезию возрастают массы атомов элементов, что приводит к закономерному увеличению плотности, а также к изменению других свойств.

Химические свойства щелочных металлов

Единственный внешний электрон в атомах щелочных металлов слабо притягивается к ядру, поэтому им свойственна низкая энергия ионизации, отрицательное или близкое к нулю сродство к электрону. Элементы 1-й группы, обладая восстановительной активностью, практически не способны окислять. В группе сверху вниз возрастает активность в химических реакциях:

  • Натрий, калий и литий при небольшом нагревании загораются на воздухе. Для первых двух металлов характерно образование в этой реакции пероксидов и надпероксидов, а для лития — оксида Li2O. Рубидий и цезий на воздухе самовоспламеняются.
  • Щелочи это металлы 1 группыЩелочные металлы способны восстанавливать даже водород. При нагревании взаимодействуют с атомами самого легкого элемента и восстанавливают его до отрицательно заряженного иона H-. В реакции получаются гидриды, например, NaH, KH.
  • Простые вещества, соответствующие элементам 1-й группы, взаимодействуют с водой и образуют щелочи, например, LiOH, NaOH, KOH. Процесс сопровождается выделением газообразного водорода, который самовоспламеняется или взрывается. 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑. Рубидий и цезий вступают в реакцию даже со льдом. Хранение щелочных металлов допускается под слоем минерального масла, в керосине, в запаянных стеклянных сосудах.
  • Активно взаимодействуют металлы 1-й группы с галогенами, особенно энергично происходит реакция с фтором и хлором, при нагревании — с серой и фосфором. Большинство получившихся солей обладает хорошей растворимостью.
  • Качественная реакция — разложение солей щелочных металлов в огне газовой горелки. Пары окрашивают пламя в определенный цвет.
  • При взаимодействии щелочных металлов со спиртами получаются алкоголяты, с карбоновыми кислотами они дают соответствующие соли, например, формиат натрия.

Получение и применение щелочных металлов

Металлы, относящиеся к 1-й группе, в промышленности получают электролизом расплавов их галогенидов и других природных соединений. При разложении под действием электрического тока положительные ионы на катоде присоединяют электроны и восстанавливаются до свободного металла. На противоположном электроде происходит окисление аниона.

Щелочи это металлы 1 группы

При электролизе расплавов гидроксидов на аноде окисляются частицы OH-, выделяется кислород и получается вода. Еще один метод заключается в термическом восстановлении щелочных металлов из расплавов их солей кальцием.

Простые вещества и соединения элементов 1-й группы имеют практическое значение. Литий служит сырьем в атомной энергетике, используется в ракетной технике. В металлургии применяется для удаления остатков водорода, азота, кислорода, серы.

Читайте также:  Металл 1 куб вес

Гидроксидом дополняют электролит в щелочных аккумуляторах.

Щелочи это металлы 1 группы

Натрий необходим для атомной энергетики, металлургии, органического синтеза. Цезий и рубидий используются при изготовлении фотоэлементов. Широкое применение находят гидроксиды и соли, особенно хлориды, нитраты, сульфаты, карбонаты щелочных металлов. Катионы обладают биологической активностью, особенно важны для организма человека ионы натрия и калия.

Щелочные металлы

Щелочи это металлы 1 группы Щелочи это металлы 1 группы

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 642.

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 642.

Наиболее активными среди металлов являются щелочные металлы. Они активно вступают в реакции с простыми и сложными веществами.

Щелочные металлы находятся в I группе периодической таблицы Менделеева. Это мягкие одновалентные металлы серо-серебристого цвета с небольшой температурой плавления и невысокой плотностью. Проявляют единственную степень окисления +1, являясь восстановителями. Электронная конфигурация – ns1.

Рис. 1. Натрий и литий.

Общая характеристика металлов I группы приведена в таблице.

Список щелочных металлов Формула Номер Период t°пл., °C t°кип., °C ρ, г/см3
Литий Li 3 2 180,5 1340 0,533
Натрий Na 11 3 98 883 0,968
Калий K 19 4 63,07 759 0,856
Рубидий Rb 37 5 39,5 688 1,532
Цезий Cs 55 6 28,4 671 1,90
Франций Fr 87 7 20 690 1,87

Активные металлы быстро реагируют с другими веществами, поэтому в природе находятся только в составе минералов.

Для получения чистого щелочного металла используется несколько способов:

  • электролиз расплавов, чаще всего хлоридов или гидроксидов –
    2NaCl → 2Na + Cl2, 4NaOH → 4Na + 2H2O + O2↑;
  • прокаливание соды (карбоната натрия) с углём для получения натрия –
  • восстановление кальцием рубидия из хлорида при высоких температурах –
    2RbCl + Ca → 2Rb + CaCl2;
  • восстановление цезия из карбоната с помощью циркония –
    2Cs2CO3 + Zr → 4Cs + ZrO2 + 2CO2.

Свойства щелочных металлов обусловлены их строением. Находясь в первой группе периодической таблицы, они имеют всего один валентный электрон на внешнем энергетическом уровне. Единственный электрон легко переходит к атому окислителя, что способствует быстрому вступлению в реакцию.

Металлические свойства увеличиваются в таблице сверху вниз, поэтому литий расстаётся с валентным электроном труднее, чем франций. Литий – наиболее твёрдый элемент среди всех щелочных металлов. Реакция лития с кислородом проходит только под воздействием высокой температуры. С водой литий реагирует значительно медленнее, чем остальные металлы группы.

Общие химические свойства представлены в таблице.

Реакция Продукты Уравнение
С кислородом Оксид (R2O) образует только литий. Натрий образует смесь оксида и пероксида (R2O2). Остальные металлы образуют надпероксиды (RO2)
  • – 4Li + O2 → 2Li2O;
  • – 6Na + 2O2 → 2Na2O + Na2O2;
  • – K + O2 → KO2
С водородом Гидриды 2Na + H2 → 2NaH
С водой Гидроксиды 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑
С кислотами Соли 2Na + 2HCl → 2NaCl + H2­↑
С галогенами Галогениды 2Li + Cl2 → 2LiCl
С азотом (реагирует только литий при комнатной температуре) Нитрид 6Li + N2 → 2Li3N
С серой Сульфиды 2Na + S → Na2S
С углеродом (реагируют только литий и натрий) Карбиды – 2Li + 2C → Li2C2;
– 2Na + 2C → Na2C2
С фосфором Фосфиды 3K + P → K3P
С кремнием Силициды 4Cs + Si → Cs4Si
С аммиаком Амиды 2Li + 2NH3 → 2LiNH2 + H2

При качественной реакции имеют разный цвет пламени. Литий горит малиновым, натрий – жёлтым, цезий – розово-фиолетовым пламенем. Оксиды щелочных металлов также имеют разный цвет. Натрий становится белым, рубидий и калий – жёлтыми.

Щелочи это металлы 1 группыРис. 2. Качественная реакция щелочных металлов.

Простые металлы и их соединения используются для изготовления лёгких сплавов, металлических деталей, удобрений, соды и других веществ. Рубидий и калий используются в качестве катализаторов.

Пары натрия применяются в люминесцентных лампах. Не имеет практического применения только франций из-за радиоактивных свойств.

Как используют элементы I группы кратко описано в таблице применения щелочных металлов.

Область применения Применение
Химическая промышленность
  1. – Натрий ускоряет реакцию при производстве каучука;
  2. – гидроксид калия и натрия – производство мыла;
  3. – карбонат натрия и калия – изготовление стекла, мыла;
  4. – гидроксид натрия – изготовление бумаги, мыла, ткани;
  5. – нитрат калия – производство удобрений
Пищевая промышленность – Хлорид натрия – поваренная соль;
– гидрокарбонат натрия – питьевая сода
Металлургия Калий и натрий являются восстановителями при получении титана, циркония, урана
Энергетика – Расплавы калия и натрия используются в атомных реакторах и авиационных двигателях;
– литий используется для производства аккумуляторов
Электроника Цезий – производство фотоэлементов
Авиация и космонавтика Сплавы из алюминия и лития используются для корпусов машин и ракет

Щелочи это металлы 1 группыРис. 3. Питьевая сода.

Из урока 9 класса узнали об особенностях щелочных металлов. Они находятся в I группе таблицы Менделеева и при реакциях отдают один валентный электрон.

Это мягкие металлы, легко вступающие в химические реакции с простыми и сложными веществами – галогенами, неметаллами, кислотами, водой.

В природе встречаются только в составе других веществ, поэтому для их извлечения используется электролиз или реакция восстановления. Применяются в промышленности, строительстве, металлургии, энергетике.

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 642.

А какая ваша оценка?

Гость завершил

Тест «Детство»с результатом 13/14

Гость завершил

Тест «Биография Гоголя»с результатом 11/12

Гость завершил

Тест на тему «Пунктуация»с результатом 3/5

Гость завершил

Тест «Тихий Дон»с результатом 13/18

Гость завершил

Тест «Разгром»с результатом 10/15

Не подошло? Напиши в х, чего не хватает!

Щелочные металлы

Щелочи это металлы 1 группы

Вся элементы группы химически активны, поэтому на Земле встречаются только в составе различных минералов, например, каменной, калийной, поваренной соли, буры, полевого шпата, морской воды, подземных рассолов, чилийской селитры. Франций часто сопутствует урановым рудам; рубидий и цезий — минералам с натрием и калием.

Свойства

Все представители группы — мягкие металлы, их можно резать ножом, сгибать руками. Внешне — блестящие, белого цвета (кроме цезия). Цезий отливает золотистым блеском. Легкие: натрий и калий легче воды, литий всплывает даже в керосине.

Классические металлы с хорошей электро- и теплопроводностью. Горят, придают пламени характерный цвет, являющийся одним из аналитических способов определить тип металла. Легкоплавкие, самым «тугоплавким» является литий (+180,5 °С).

Цезий тает прямо в руках при температуре +28,4 °С.

Щелочи это металлы 1 группыАктивность в группе увеличивается по мере роста атомной массы: Li →Cs. Обладают восстановительными свойствами, в том числе в реакции с водородом. Проявляют валентность -1. Бурно реагируют с водой (все кроме лития — со взрывом); с кислотами, кислородом. Взаимодействуют с неметаллами, спиртами, водным аммиаком и его производными, карбоновыми кислотами, многими металлами.

Калий и натрий являются биогенными элементами, участвуют в водно-солевом и кислотно-щелочном балансе человеческого организма, необходимы для нормальной циркуляции крови и функционирования многих энзимов. Калий важен для растений.

Читайте также:  Ответы на контрольную работу по химии 9 класс по теме металлы 1 вариант

В нашем организме есть и рубидий. Его нашли в крови, костях, головном мозге, легких. Он оказывает противовоспалительное, противоаллергическое действие, притормаживает реакции нервной системы, усиливает иммунитет, положительно влияет на состав крови.

Меры предосторожности

Щелочные металлы очень опасны, способны воспламеняться и взрываться просто от контакта с водой или воздухом. Многие реакции протекают бурно, поэтому работать с ними допускается только после тщательного инструктажа, с применением всех мер предосторожностей, в защитной маске и защитных очках.

Растворы калия, натрия и лития в воде являются сильными щелочами (гидроксиды калия, натрия, лития); контакт с кожей приводит к глубоким болезненным ожогам. Попадание щелочей, даже низкой концентрации, в глаза может привести к слепоте. Реакции с кислотами, аммиаком, спиртами проходят с выделением пожаро- и взрывоопасного водорода.

Щелочные металлы хранят под слоем керосина или вазелина в герметичных емкостях. Манипуляции с чистыми реактивами проводят в аргоновой атмосфере.

Следует тщательно следить за утилизацией остатков после опытов со щелочными металлами. Все остатки металлов предварительно должны быть нейтрализованы.

Применение

  • Цезий и рубидий используются в фотоэлементах, топливных элементах. Щелочи это металлы 1 группы
  • Цезий применяется в источниках тока, энергоемких аккумуляторах, счетчиках радиоактивных частиц, гамма-спектрометрах для космических аппаратов; приборах ночного видения и оружейных прицелах. Изотопы цезия используются для стерилизации пищевой тары, медицинских инструментов, мясных продуктов, лекарств; они входят в состав некоторых лекарств, применяются для радиотерапии опухолей.
  • Рубидий входит в состав болеутоляющих, снотворных, успокаивающих препаратов. Применяется в телевизионных трубках, оптических приборах, низкотемпературных источниках тока, в смазке для космических аппаратов, высокочувствительных магнитометрах для космических и геофизических исследований. Производные рубидия используются в атомной промышленности, химпроме, вакуумных радиолампах, высокотемпературных термометрах.
  • Калий и натрий применяются в воздухо-восстановительных системах на подводных лодках и батискафах, в автономных противогазах и дыхательных аппаратах.
  • Литий востребован в источниках тока, для производства подшипниковых сплавов и литийорганических соединений, как катализатор в химпроме.
  • Натрий применяется в газоразрядных лампах, в металлургии; как теплоноситель в атомной индустрии; в химической индустрии в процессах орг.синтеза.
  • В разных сферах промышленности и быта используется большое количество производных щелочных металлов, например, пищевая и кальцинированная сода, поваренная соль, натриевая и калийная селитра, нитраты, сульфаты, карбонаты, гидроксиды натрия, калия и лития и пр.

Металлы главной подгруппы I группы

6 элементов этой подгруппы принято называть щелочными металлами. Это название сложилось исторически, так как Na и К впервые были получены при электролизе щелочей

3Li 1s2 2s1
11Na [Ne] 3s1
19К [Ar] 4s1
37Rb [Кг] 5s1
55Cs [Xe] 6s1
87Fr [Rn] 7s1
  • все атомы имеют крайне низкие величины энергии сродства к электрону и ЭО.
  • Элементы данной подгруппы имеют значительное сходство друг с другом, что обусловлено одинаковым строением внешнего электронного слоя атомов и аналогией в их важнейших характеристиках:
  • — атомы всех элементов на предвнешнем электронном слое имеют устойчивые 8-электронные конфигурации соответствующего благородного газа (у Li — оболочка Не);
  • — все атомы имеют очень низкие значения Eион и легко превращаются в катионы Me+;

Щелочи это металлы 1 группы

Физические свойства щелочных металлов

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.

Щелочные металлы очень легкоплавки: Cs и Rb плавятся в руках; самый тугоплавкий Li имеет т. пл. 180°С. Плотность этих металлов также невелика — натрий и калий легче воды, а литий плавает даже в керосине.

Щелочные металлы хорошо растворяются в жидком аммиаке, полученные растворы имеют темно-синюю окраску (образуются коллоидные растворы).

Химические свойства

Щелочи это металлы 1 группы

  1. Уже на воздухе щелочные Me немедленно окисляются, a Rb и Cs — самовоспламеняются
  2. При повышении Т все металлы сгорают с образованием ослепительного пламени.
  3. Все щелочные металлы очень химически активны, сильные восстановители:
  4. Me — 1e- → Me+

С активными окислителями, водой и кислотами реакции протекают настолько бурно, что происходит самовоспламенение или взрыв. Часто реакции проводят в охлаждаемой среде. Реакции с неметаллами осуществляют в вакууме или в среде инертных газов.

  • а) только Li при горении образует нормальный оксид:
  • 4Li + О2 → 2 Li2O
  • б) Na при горении образует бесцветный или слегка желтоватый пероксид
  • 2Na + O2 → Na2O2
  • в) К, Rb и Cs сгорают с образованием окрашенных супероксидов:
  • К + O3= КO3
  • г) К, Rb и Cs легко реагируют с озоном, образуя озониды:
  • К + O3= КO3

2. Взаимодействие с галогенами

  1. Соединение щел. Me с галогенами протекает очень бурно, часто в режиме горения, особенно с F2 и Cl2:
  2. 2Na + F2 = 2NaF;
  3. 2Na + Cl2 = 2NaCl;
  4. 2K + Br2 = 2KBr

3. Взаимодействие с другими неметаллами (S, С, Si, Р)

  • а) все щел. Me реагируют с фосфором и серой (металлы предварительно нагревают):
  • 2Na + S = Na2S сульфид натрия
  • 3Na + Р = Na3Р фосфид натрия
  • б) с углеродом и кремнием реагирует непосредственно только литий:
  • 2Li + 2С = Li2C2 карбид лития

4. Взаимодействие с водородом

Наиболее легко реакция протекает между водородом и предварительно слабо нагретым литием:

2Li + Н2 = 2LiH

5. Взаимодействие с водой

2Me + 2Н20 —> Н2 + 2МеОН

6. Взаимодействие с кислотами

  1. Реакции протекают очень энергично, даже со слабыми кислотами.

  2. 1) реакции с кислотами за счет восстановления ионов Н+:
  3. 6Na + 2Н3РО4 = 2Na3P04 + 3H2
  4. 2Na + 2HCl = 2NaCl + H2
  5. 2) реакции с кислотами за счет восстановления анионов:
  6. 8Na + IOHNO3 = 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O
  7. 3) реакции с органическими кислотами:
  8. 2 Na + 2СН3СООН → 2 CH3COONa + H2

7. Взаимодействие со спиртами и фенолами

2Na + 2С2Н5ОН → 2C2H5ONa + H2

2Na + 2С6Н5ОН → 2C6H5ONa + H2

8. Взаимодействие с галогеналканами (реакция Вюрца)

CH3Cl + 2Na + ClCH3 → CH3-CH3 + 2NaCI

9. Замещение атомов водорода в гидридах неметаллов

  • а) реакции с аммиаком расплавленных щелочных металлов:
  • 2Na + 2NH3 = 2NaNH2 + H2
  • амид натрия
  • б) реакции с ацетиленом и некоторыми его гомологами
  • 2 Na + НС=СН → NaC =CNa + Н2
  • ацетиленид натрия

Способы получения

  1. 2NaCI = 2Na + Cl2 (аналогично получают Li , К)
  2. 4КОН = 4К + O2 + 2Н2O
  3. Выделение металлов происходит на ртутном, свинцовом или стальном катоде

2. Вакуум-термический способ

  • Металлы восстанавливают из расплавов их солей активными металлами:
  • KCl + Na = К + NaCl
  • 2CsCl + Са → 2Cs + CaCl2

I группа главная подгруппа Периодической системы Менделеева (щелочные металлы)

  • I группа главная подгруппа Периодической системы Менделеева представляет собой щелочные металлы. К щелочным металлам относят химические элементы:
  • Литий Li,
  • Натрий Na,
  • Калий K,
  • Цезий Cs,
  • Рубидий Rb
  • Франций Fr
  • Эти металлы очень активны, поэтому их хранят под слоем вазелина или керосина.

От Li к Fr (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение:

  • атомного радиуса,
  • металлических, основных, восстановительных свойств,
  • реакционной способности.
Читайте также:  По металлу торцовочный станок своими руками по металлу самодельный

Уменьшается

  • электроотрицательность,
  • энергия ионизация,
  • сродство к электрону.
  1. Электронные конфигурации у данных элементов схожи, все они содержат 1 электрон на внешнем уровне ns1:
  2. Li — 2s1
  3. Na — 3s1
  4. K — 4s1
  5. Rb — 5s1
  6. Cs — 6s1
  7. Fr — 7s1
  8. Следовательно, типичная степень окисления щелочных металлов в соединениях +1.

 Литий

  • Литий получают в промышленности электролизом расплава хлорида лития в смеси с KCl или BaCl2 (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):

2LiCl = 2Li + Cl2

  • Известен также способ получения лития из его оксида в вакууме при 300°С:

2Li2O + Si + 2CaO = 4Li + Ca2SiO4

Натрий

  1. Натрий получают электролизом расплава хлорида натрия с добавками хлорида кальция:

2NaCl (расплав) → 2Na + Cl2

Электролитом обычно служит смесь NaCl с NaF и КСl (что позволяет проводить процесс при 610–650°С).

  1. Натрий можно получить, прокаливая соду с углем в закрытых тиглях, пары металла конденсируются на крышке тигля, выход реакции невысокий:

Na2CO3 + 2C = 2Na + 3CO

Калий

  1. Калий получают также электролизом расплавов солей или расплава гидроксида калия, однако на практике таким способом их не получают из-за высокой химической активности
  1. Наиболее распространены методы термохимического восстановления: восстановление калия из расплавов хлоридов или гидроксидов.:
  • KCl + Na = K + NaCl
  • KOH + Na = K + NaOH
  • В качестве восстановителей используют пары натрия, карбид кальция, алюминий, кремний
  • Цезий, Рубидий
  • Цезий и рубидий получают восстановлением их хлоридов специально подготовленным кальцием при 700–800 °С:

Са + 2CsCl → 2Cs + CaCl2

  • В качестве восстановителя также используют цирконий, реакция протекает при 650 °С:

2Cs2CO3 + Zr = 4Cs + ZrO2 + 2CO2

  • В промышленности используют преимущественно физико-химические методы выделения чистого цезия: многократную ректификацию в вакууме

Качественные реакцииокрашивание пламени солями щелочных металлов

Цвет пламени:

Li — карминно-красныйNa — желтыйK — фиолетовыйRb — буро-красныйCs — фиолетово-красный

С кислородом

4Li + O2 = 2Li2O

  • Натрий образует пероксид:

2Na + O2 = Na2O2

  • Калий образует надпероксид:
  1. K + O2 = KO2
  2. С галогенами (F, Cl, Br, I)
  3. Щелочные металлы образуют галогениды:
  4. 2Li + F2 = 2LiF
  5. 2Na + Cl2 = 2NaCl
  6. 2K + I2 = 2KI
  7. С водородом
  8. Щелочные металлы образуют гидриды:
  9. 2Na + H2 = 2NaH
  10. С серой
  11. Щелочные металлы образуют сульфиды:
  12. 2Na + S = Na2S
  13. С азотом
  14. При комнатной температуре взаимодействует только литий:
  15. 6Li + N2 = 2Li3N
  16. Остальные щелочные металлы
    реагируют с азотом при
    нагревании
    :
  17. 6Na + N2 = 2Na3N
  18. С углеродом
  19. Щелочные металлы при нагревании образуют карбиды, преимущественно ацетилениды:
  20. 2Na + 2C → Na2C2 (t = 150-200 °C)
  21. С фосфором
  22. Щелочные металлы активно
    реагируют с фосфором образуя фосфиды:
  23. 3Na + P → Na3P

  • С водой
  • Щелочные металлы реагируют с водой при обычных
    условиях:
  • 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
  • Видео Взаимодействие щелочных металлов с водой
  • С кислотами
  • С растворами HCl, H2SO4щелочные металлы взаимодействуют с образованием соли и выделением водорода:

2K + H2SO4(разб) = K2SO4 +
H2

  • С кислотами-окислителями (HNO3 и конц. H2SO4):
  1. с концентрированной серной:
  2. 8Na + 5H2SO4(конц) = 4Na2SO4 +
    H2S + 4H2O;
  3. с разбавленной азотной
  4. 8Na + 10HNO3(разб) = 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O;
  5. с концентрированной азотной
  6. 8Na + 10HNO3(конц) =
    8NaNO3 + N2O + 5H2O.
  7. 2СH3COOH + 2Li → 2CH3COOOLi + H2↑
  8. С солями
  9. В расплаве щелочные металлы могут взаимодействовать с некоторыми солями:
  10. 3Na + AlCl3 → 3NaCl + Al

Запомните! В растворе щелочные металлы взаимодействуют с водой, а не с солями других металлов.

Щелочные металлы в химии

К щелочным металлам относятся металлы IA группы Периодической системы Д.И. Менделеева – литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs) и франций (Fr).

На внешнем энергетическом уровне щелочных металлов находится один валентный электрон. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня щелочных металлов – ns1.

В своих соединениях они проявляют единственную степень окисления равную +1. В ОВР являются восстановителями, т.е. отдают электрон.

Физические свойства щелочных металлов

  • Все щелочные металлы легкие (обладают небольшой плотностью), очень мягкие (за исключением Li легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу), имеют низкие температуры кипения и плавления (с ростом заряда ядра атома щелочного металла происходит понижение температуры плавления).
  • В свободном состоянии Li, Na, K и Rb – серебристо-белые металлы, Cs – металл золотисто-желтого цвета.
  • Щелочные металлы хранят в запаянных ампулах под слоем керосина или вазелинового масла, поскольку они обладают высокой химической активностью.
  • Щелочные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью, что обусловлено наличием металлической связи и объемоцентрированной кристаллической решетки

Получение щелочных металлов

  1. Все щелочные металлы возможно получить электролизом расплава их солей, однако на практике таким способом получают только Li и Na, что связано с высокой химической активностью K, Rb, Cs:
  2. 2LiCl = 2Li + Cl2↑
  3. 2NaCl = 2Na + Cl2↑

Любой щелочной металл можно получить восстановлением соответствующего галогенида (хлорида или бромида), применяя в качестве восстановителей Ca, Mg или Si. Реакции проводят при нагревании (600 – 900С) и под вакуумом. Уравнение получения щелочных металлов таким способом в общем виде:

  • 2MeCl + Ca = 2Mе↑ + CaCl2,
  • где Ме – металл.
  • Известен способ получения лития из его оксида. Реакцию проводят при нагревании до 300°С и под вакуумом:
  • 2Li2O + Si + 2CaO = 4Li + Ca2SiO4
  • Получение калия возможно по реакции между расплавленным гидроксидом калия и жидким натрием. Реакцию проводят при нагревании до 440°С:
  • KOH + Na = K + NaOH

Химические свойства щелочных металлов

Все щелочные металлы активно взаимодействуют с водой образуя гидроксиды. Из-за высокой химической активности щелочных металлов протекание реакции взаимодействия с водой может сопровождаться взрывом. Наиболее спокойно с водой реагирует литий. Уравнение реакции в общем виде:

  1. 2Me + H2O = 2MeOH + H2↑
  2. где Ме – металл.
  3. Щелочные металлы взаимодействуют с кислородом воздуха образую ряд различных соединений – оксиды (Li), пероксиды (Na), надпероксиды (K, Rb, Cs):
  4. 4Li + O2 = 2Li2O
  5. 2Na + O2 =Na2O2
  6. K + O2 = KO2

Все щелочные металлы при нагревании реагируют с неметаллами (галогенами, азотом, серой, фосфором, водородом и др.). Например:

  • 2Na + Cl2 =2NaCl
  • 6Li + N2 = 2Li3N
  • 2Li +2C = Li2C2
  • 2K + S = K2S
  • 2Na + H2 = 2NaH
  • Щелочные металлы способны взаимодействовать со сложными веществами (растворы кислот, аммиак, соли). Так, при взаимодействии щелочных металлов с аммиаком происходит образование амидов:
  • 2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H2↑
  • Взаимодействие щелочных металлов с солями происходит по следующему принципу –вытесняют менее активные металлы (см. ряд активности металлов) из их солей:
  • 3Na + AlCl3 = 3NaCl + Al
  • Взаимодействие щелочных металлов с кислотами неоднозначно, поскольку при протекании таких реакций металл первоначально будет реагировать с водой раствора кислоты, а образующаяся в результате этого взаимодействия щелочь будет реагировать с кислотой.
  • Щелочные металлы реагируют с органическими веществами, такими, как спирты, фенолы, карбоновые кислоты:
  • 2Na + 2C2H5OH = 2C2H5ONa + H2↑
  • 2K + 2C6H5OH = 2C6H5OK + H2↑
  • 2Na + 2CH3COOH = 2CH3COONa + H2↑

Качественные реакции

Качественной реакцией на щелочные металлы является окрашивание пламени их катионами: Li+ окрашивает пламя в красный цвет, Na+ — в желтый, а K+, Rb+, Cs+ — в фиолетовый.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector