Взаимодействие на алкални метали с водород. Алкални метали и техните съединения

Това са елементите от I група на периодичната система: литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs), франций (Fr); много мек, пластичен, топим и лек, обикновено сребристо бял; химически много активен; реагират бурно с вода, за да се образуват алкали(откъдето идва името).

Всички алкални метали са изключително активни, проявяват редуциращи свойства във всички химични реакции, отдават единствения си валентен електрон, превръщайки се в положително зареден катион и проявяват едно единствено състояние на окисление +1.

Редукционната способност нараства в реда ––Li–Na–K–Rb–Cs.

Всички съединения на алкални метали са йонни по природа.

Почти всички соли са разтворими във вода.

ниски точки на топене,

Малки стойности на плътност,

Меко, реже се с нож

Поради тяхната активност, алкалните метали се съхраняват под слой керосин, за да блокират достъпа на въздух и влага. Литият е много лек и изплува на повърхността в керосин, така че се съхранява под слой от вазелин.

Химични свойства на алкалните метали

1. Алкалните метали активно взаимодействат с водата:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

2Li + 2H 2 O → 2LiOH + H 2

2. Реакция на алкални метали с кислород:

4Li + O 2 → 2Li 2 O (литиев оксид)

2Na + O 2 → Na 2 O 2 (натриев пероксид)

K + O 2 → KO 2 (калиев супероксид)

Във въздуха алкалните метали незабавно се окисляват. Поради това те се съхраняват под слой от органични разтворители (керосин и др.).

3. При реакциите на алкални метали с други неметали се образуват бинарни съединения:

2Li + Cl 2 → 2LiCl (халогениди)

2Na + S → Na 2 S (сулфиди)

2Na + H 2 → 2NaH (хидриди)

6Li + N 2 → 2Li 3 N (нитриди)

2Li + 2C → Li 2 C 2 (карбиди)

4. Взаимодействие на алкални метали с киселини

(рядко се провежда, има конкурентна реакция с вода):

2Na + 2HCl → 2NaCl + H2

5. Взаимодействие на алкални метали с амоняк

(образува се натриев амид):

2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H2

6. Взаимодействието на алкални метали с алкохоли и феноли, които в този случай проявяват киселинни свойства:

2Na + 2C 2 H 5 OH \u003d 2C 2 H 5 ONa + H 2;

2K + 2C 6 H 5 OH = 2C 6 H 5 OK + H 2;

7. Качествена реакция към катиони на алкални метали - оцветяване на пламъка в следните цветове:

Li + - карминово червено

Na + - жълто

K + , Rb + и Cs + - виолетово

Получаване на алкални метали

Литиев, натриев и калиев метал получавамелектролиза на разтопени соли (хлориди) и рубидий и цезий - намаляване във вакуум, когато техните хлориди се нагряват с калций: 2CsCl + Ca \u003d 2Cs + CaCl 2
В малък мащаб се използва и вакуумно топлинно производство на натрий и калий:

2NaCl + CaC 2 \u003d 2Na + CaCl 2 + 2C;
4KCl + 4CaO + Si \u003d 4K + 2CaCl 2 + Ca 2 SiO 4.

Активните алкални метали се отделят при вакуумни термични процеси поради високата си летливост (изпаренията им се отстраняват от реакционната зона).

Характеристики на химичните свойства на s-елементите от група I и техния физиологичен ефект

Електронната конфигурация на литиевия атом е 1s 2 2s 1 . Той има най-големия атомен радиус през 2-рия период, което улеснява отделянето на валентния електрон и появата на Li + йон със стабилна конфигурация на инертен газ (хелий). Следователно неговите съединения се образуват с прехвърляне на електрон от литий към друг атом и възникване на йонна връзка с малко количество ковалентност. Литият е типичен метален елемент. По субстанционна форма той е алкален метал. Различава се от другите членове на група I с малкия си размер и най-малката, в сравнение с тях, активност. В това отношение той прилича на елемента от група II, магнезия, разположен диагонално на Li. В разтворите Li + йонът е силно солватиран; той е заобиколен от няколко десетки водни молекули. Литият, по отношение на енергията на солватация - добавянето на молекули на разтворителя, е по-близо до протон, отколкото до катиони на алкални метали.

Малкият размер на Li + йона, високият ядрен заряд и само два електрона създават условия за появата на доста значително поле с положителен заряд около тази частица, следователно в разтворите значителен брой молекули на полярния разтворител се привличат към него и неговият координационен номер е голям, металът е в състояние да образува значителен брой органолитиеви съединения.

Натрият започва 3-ти период, така че има само 1e на външно ниво - , заемащи 3s орбитала. Радиусът на атома Na е най-голям в 3-тия период. Тези две характеристики определят природата на елемента. Електронната му конфигурация е 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 . Единствената степен на окисление на натрия е +1. Неговата електроотрицателност е много малка, следователно натрият присъства в съединенията само под формата на положително зареден йон и придава на химичната връзка йонен характер. Размерът на Na + йона е много по-голям от Li + и неговата солватация не е толкова голяма. Той обаче не съществува в свободна форма в разтвор.

Физиологичното значение на K + и Na + йони е свързано с тяхната различна адсорбируемост на повърхността на компонентите, които изграждат земната кора. Натриевите съединения се адсорбират само слабо, докато калиевите съединения се задържат силно от глина и други вещества. Клетъчните мембрани, като интерфейс клетка-среда, са пропускливи за K + йони, в резултат на което вътреклетъчната концентрация на K + е много по-висока от тази на Na + йони. В същото време концентрацията на Na + в кръвната плазма надвишава съдържанието на калий в нея. Това обстоятелство е свързано с появата на мембранния потенциал на клетките. Йони K + и Na + - един от основните компоненти на течната фаза на тялото. Тяхното съотношение с Ca 2+ йони е строго определено и нарушаването му води до патология. Въвеждането на Na + йони в тялото няма забележим вреден ефект. Увеличаването на съдържанието на K + йони е вредно, но при нормални условия увеличаването на концентрацията му никога не достига опасни стойности. Ефектът на Rb + , Cs + , Li + йони все още не е достатъчно проучен.

От различните лезии, свързани с употребата на съединения на алкални метали, най-често се срещат изгаряния с хидроксидни разтвори. Действието на алкалите е свързано с разтварянето на кожните протеини в тях и образуването на алкални албуминати. Алкалите се освобождават отново в резултат на тяхната хидролиза и действат върху по-дълбоките слоеве на тялото, причинявайки появата на язви. Ноктите под въздействието на алкали стават скучни и чупливи. Увреждането на очите, дори и с много разредени алкални разтвори, е придружено не само от повърхностно разрушаване, но и от нарушения на по-дълбоките части на окото (ириса) и води до слепота. По време на хидролизата на амиди на алкални метали едновременно се образуват алкали и амоняк, причинявайки трахеобронхит от фибринозен тип и пневмония.

Калият е получен от Г. Дейви почти едновременно с натрия през 1807 г. по време на електролиза на мокър калиев хидроксид. От името на това съединение - "каустик поташ" и елементът получи името си. Свойствата на калия се различават значително от свойствата на натрия, поради разликата в радиусите на техните атоми и йони. В калиевите съединения връзката е по-йонна и под формата на K + йон има по-малък поляризиращ ефект от натрия, поради големия си размер. Естествената смес се състои от три изотопа 39 K, 40 K, 41 K. Единият от тях е 40 K ‑ е радиоактивен и определена част от радиоактивността на минералите и почвата е свързана с наличието на този изотоп. Периодът му на полуразпад е дълъг – 1,32 милиарда години. Определянето на наличието на калий в пробата е доста лесно: изпаренията на метала и неговите съединения оцветяват пламъка в лилаво-червено. Спектърът на елемента е доста прост и доказва наличието на 1e - на 4s орбитала. Изследването му послужи като една от основанията за намиране на общи закономерности в структурата на спектрите.

През 1861 г. Робърт Бунзен открива нов елемент, докато изучава солта на минерални извори чрез спектрален анализ. Неговото присъствие се доказва от тъмночервени линии в спектъра, които други елементи не дават. По цвета на тези линии елементът е наречен рубидий (рубидус-тъмночервен). През 1863 г. Р. Бунзен получава този метал в чиста форма чрез редуциране на рубидиев тартарат (винена сол) със сажди. Характеристика на елемента е леката възбудимост на неговите атоми. Електронното излъчване от него се появява под действието на червени лъчи от видимия спектър. Това се дължи на малка разлика в енергиите на атомните 4d и 5s орбитали. От всички алкални елементи със стабилни изотопи рубидият (подобно на цезия) има един от най-големите атомни радиуси и нисък йонизационен потенциал. Такива параметри определят природата на елемента: висока електропозитивност, изключителна химическа активност, ниска точка на топене (39 0 C) и ниска устойчивост на външни влияния.

Откриването на цезия, подобно на рубидия, е свързано със спектралния анализ. През 1860 г. Р. Бунзен открива две ярко сини линии в спектъра, които не принадлежат на нито един известен по това време елемент. Оттук и името "цезий" (caesius), което означава небесно синьо. Това е последният елемент от подгрупата на алкалните метали, който все още се намира в измерими количества. Най-големият атомен радиус и най-малкият първи йонизационен потенциал определят природата и поведението на този елемент. Има подчертана електропозитивност и изразени метални качества. Желанието да се дари външният 6s-електрон води до факта, че всичките му реакции протичат изключително бурно. Малка разлика в енергиите на атомните 5d и 6s орбитали е отговорна за леката възбудимост на атомите. Електронното излъчване в цезия се наблюдава под действието на невидими инфрачервени лъчи (топлинни). Тази особеност на атомната структура определя добрата електропроводимост на тока. Всичко това прави цезия незаменим в електронните устройства. Напоследък се обръща все повече внимание на цезиевата плазма като гориво на бъдещето и във връзка с решаването на проблема с термоядрения синтез.

Във въздуха литият реагира активно не само с кислород, но и с азот и е покрит с филм, състоящ се от Li 3 N (до 75%) и Li 2 O. Останалите алкални метали образуват пероксиди (Na 2 O 2) и супероксиди (K 2 O 4 или KO 2).

С водата реагират следните вещества:

Li 3 N + 3 H 2 O \u003d 3 LiOH + NH 3;

Na 2 O 2 + 2 H 2 O \u003d 2 NaOH + H 2 O 2;

K 2 O 4 + 2 H 2 O \u003d 2 KOH + H 2 O 2 + O 2.

За регенерация на въздуха на подводници и космически кораби, в изолационни противогази и дихателни апарати на бойни плувци (диверсанти на подводници) се използва смес от "оксон":

Na 2 O 2 + CO 2 \u003d Na 2 CO 3 + 0,5 O 2;

K 2 O 4 + CO 2 \u003d K 2 CO 3 + 1,5 O 2.

В момента това е стандартният пълнеж на регенериращи патрони за изолационни противогази за пожарникари.
Алкалните метали реагират при нагряване с водород, за да образуват хидриди:

Литиевият хидрид се използва като силен редуциращ агент.

Хидроксидиалкалните метали корозират стъклени и порцеланови съдове, те не могат да се нагряват в кварцови съдове:

SiO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 SiO 3 + H 2 O.

Натриевият и калиевият хидроксид не отделят водата при нагряване до точката на кипене (повече от 1300 0 C). Някои натриеви съединения се наричат Газирани напитки:

а) калцинирана сода, безводна сода, сода за пране или просто сода - натриев карбонат Na 2 CO 3;
б) кристална сода - кристален хидрат на натриев карбонат Na 2 CO 3. 10H2O;
в) бикарбонат или пиене - натриев бикарбонат NaHCO 3;
г) натриевият хидроксид NaOH се нарича сода каустик или каустик.

Алкалните метали - франций, цезий, рубидий, калий, натрий, литий - се наричат ​​така, защото образуват алкали при взаимодействие с вода. Поради високата си реактивност, тези елементи трябва да се съхраняват под минерално масло или керосин. Най-активното от всички тези вещества е франций (притежава радиоактивност).

Алкалните метали са меки, сребристи вещества. Прясно отрязаната им повърхност има характерен блясък. Алкалните метали кипят и се топят при ниски температури, имат висока топло- и електропроводимост. Освен това имат ниска плътност.

Химични свойства на алкалните метали

Веществата са силни редуциращи агенти, проявяват в съединения степента на окисление (единична) +1. С увеличаване на атомната маса на алкалните метали се увеличава и редукционната способност. Почти всички съединения са разтворими във вода, всички те са йонни по природа.

При умерено нагряване алкалните метали се запалват във въздуха. В комбинация с водород веществата образуват солеподобни хидриди. Продуктите от горенето обикновено са пероксиди.

Алкалните метални оксиди са жълти твърди вещества (оксиди на рубидий и калий), бели и литиев) и оранжеви (цезиев оксид) цветове. Тези оксиди са способни да реагират с вода, киселини, кислород, киселина и амфотерни оксиди. Тези основни свойства са присъщи на всички тях и са ярко изразени.

Пероксидите на алкални метали са жълтеникаво-бели прахове. Те могат да реагират с въглероден диоксид и въглероден оксид, киселини, неметали, вода.

Хидроксидите на алкални метали са бели, водоразтворими твърди вещества. В тези съединения се проявяват основните свойства на алкалите (доста ясно). От литий до франций силата на основите и степента на разтворимост във вода се увеличават. Хидроксидите се считат за доста силни електролити. Реагират със соли и оксиди, отделни неметали.С изключение на съединението с литий, всички останали проявяват термична стабилност. При калциниране се разлага на вода и оксид. Тези съединения се получават чрез електролиза на хлоридни водни разтвори, редица обменни реакции. Хидроксидите също се получават чрез взаимодействие на елементи (или оксиди) с вода.

Почти всички соли на описаните метали (с изключение на отделните литиеви соли) са добре разтворими във вода. Образувани от слаби киселини, солните разтвори имат средна реакция (алкална) поради хидролиза, докато солите, образувани от силни киселини, не се хидролизират. Разпространените соли са каменно силикатно лепило (разтворимо стъкло), бертолетова сол, калиев перманганат, питейна сода, калцинирана сода и др.

Всички съединения на алкални метали имат способността да променят цвета на пламъка. Това се използва в химичния анализ. И така, пламъкът е оцветен с литиеви йони, лилаво с калиеви йони, жълто с натрий, белезникаво-розово с рубидий, виолетово-червено с цезий.

Поради факта, че всички алкални елементи са най-силните редуциращи агенти, те могат да бъдат получени чрез електролиза на разтопени соли.

Приложение на алкални метали

Елементите се използват в различни области на човешката дейност. Например, цезият се използва в слънчевите клетки. Литият се използва като катализатор в лагерни сплави. Натрият присъства в газоразрядни лампи, ядрени реактори като охлаждаща течност. Рубидият се използва в изследователски дейности.

Химията изучава свойствата на металите и неметалите. Знаете ли, че има алкални и неалкални метали? А ние не само знаем, но и ще ви дадем списък за успешна подготовка по предмета химия. И така, списъкът на алкалните метали вече е даден в периодичната таблица на Менделеев. Там всички метали от главната подгрупа в първа група са алкални.

Това са литий, калий, натрий, цезий, рубидий и франций. Само тези метали се наричат ​​алкални. И те се наричат ​​така, защото ако взаимодействат с вода, в резултат на това се образуват алкали.

Има и друг вид метал - той е алкалоземен. Ако искате списък само с алкални метали, тогава има само 6 метала. Ако всички метали, чиито хидроксиди имат алкални свойства, тогава ще влязат още четири елемента - калций, стронций, барий и радий.

Трудно е да се намерят всички алкални метали в тяхната чиста форма в природата - в крайна сметка те лесно влизат в съединения. По-специално, тези метали се намират под формата на тези съединения.

Свойства на алкалните метали

Алкалните метали са отлични проводници на топлина и са добри проводници на електричество.

Алкалните метали имат ниска точка на топене

Плътността на металите се увеличава с увеличаване на броя, но става по-лесно да ги стопите, ако металите са в дъното на групата.

Получаване на алкални метали

Обикновено алкалните метали се получават чрез електролиза, но два алкалоземни метала, стронций и барий, се получават чрез алуминотермичен метод.

Химични свойства

Както казахме, тези метали са много активни, те също са отлични редуциращи агенти. Те се намират под формата на съединения, в които йонната връзка ще бъде основната.

По правило те винаги образуват стабилни съединения. Основните реакции и допълнителните свойства на алкалните метали са дадени в таблицата:

Така че сега, използвайки списъка и таблицата, както и периодичната система на Менделеев, можете да кажете много за алкалните метали.

Можете да видите как изглеждат алкалните метали. Има също списък и дадени реакции на свързване с вода, сяра, киселини, соли и халогени.

АЛКАЛНИ МЕТАЛИ

Алкалните метали включват елементи от първата група, основната подгрупа: литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций.

Да бъдеш вприрода

Na-2,64% (по маса), K-2,5% (по маса), Li, Rb, Cs - много по-малко, Fr - изкуствено получен елемент

Ли

Li 2 O Al 2 O 3 4SiO 2 - сподумен

Na

NaCl - готварска сол (каменна сол), халит

Na 2 SO 4 10H 2 O - глауберова сол (мирабилит)

NaNO 3 - чилийска селитра

Na 3 AlF 6 - криолит
Na 2 B 4 O 7 10H 2 O - боракс

К

KCl NaCl - силвинит

KCl MgCl 2 6H 2 O - карналит

K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2 - фелдшпат (ортоклаз)

Свойства на алкалните метали

С увеличаването на атомния номер, атомният радиус се увеличава, способността за отдаване на валентни електрони се увеличава и редукционната активност се увеличава:

Физични свойства

Ниски точки на топене, ниска плътност, мек, реже се с нож.

Химични свойства

Типични метали, много силни редуциращи агенти. В съединенията те проявяват една степен на окисление +1. Редукционната сила се увеличава с увеличаване на атомната маса. Всички съединения са йонни по природа, почти всички са разтворими във вода. Хидроксидите R–OH са алкали, тяхната сила се увеличава с увеличаване на атомната маса на метала.

Възпламеняват се на въздух при умерено нагряване. С водород те образуват солеподобни хидриди. Продуктите от горенето най-често са пероксиди.

Редукционната способност нараства в серията Li–Na–K–Rb–Cs

1. Активно взаимодействат с водата:

2Li + 2H 2 O → 2LiOH + H 2

2. Реакция с киселини:

2Na + 2HCl → 2NaCl + H2

3. Реакция с кислород:

4Li + O 2 → 2Li 2 O (литиев оксид)

2Na + O 2 → Na 2 O 2 (натриев пероксид)

K + O 2 → KO 2 (калиев супероксид)

Във въздуха алкалните метали незабавно се окисляват. Поради това те се съхраняват под слой от органични разтворители (керосин и др.).

4. При реакции с други неметали се образуват бинарни съединения:

2Li + Cl 2 → 2LiCl (халогениди)

2Na + S → Na 2 S (сулфиди)

2Na + H 2 → 2NaH (хидриди)

6Li + N 2 → 2Li 3 N (нитриди)

2Li + 2C → Li 2 C 2 (карбиди)

5. Качествена реакция към катиони на алкални метали е оцветяването на пламъка в следните цветове:

Li + - карминово червено

Na + - жълто

K + , Rb + и Cs + - виолетово

Касова бележка

защото алкалните метали са най-силните редуциращи агенти, те могат да бъдат възстановени от съединения само чрез електролиза на разтопени соли:
2NaCl=2Na+Cl 2

Приложение на алкални метали

Литиево-лагерни сплави, катализатор

Натриево - газоразрядни лампи, охлаждаща течност в ядрени реактори

Рубидий - изследователска работа

Цезий - фотоклетки

Оксиди, пероксиди и супероксиди на алкални метали

Касова бележка

Окисляването на метала произвежда само литиев оксид

4Li + O 2 → 2Li 2 O

(в други случаи се получават пероксиди или супероксиди).

Всички оксиди (с изключение на Li 2 O) се получават чрез нагряване на смес от пероксид (или супероксид) с излишък от метал:

Na 2 O 2 + 2Na → 2Na 2 O

KO 2 + 3K → 2K 2 O

Chem. елементи (алкални елементи), които изграждат гл. подгрупа 1 група периодичен. системи от елементи, както и съответстващите им прости вещества - метали. Щ. м. включват литий Li (под номер 3), натрий Na (11), калий K (19), рубидий Rb (37), це ... Физическа енциклопедия

АЛКАЛНИ МЕТАЛИ- АЛКАЛНИ МЕТАЛИ, едновалентни метали, които съставляват първата група на периодичната система: литий, НАТРИЙ, РУБИДИЙ, ЦЕЗИЙ и ФРАНС. Това са меки, сребристо-бели метали, които бързо се окисляват във въздуха и реагират бурно с вода, когато ... ... Научно-технически енциклопедичен речник

алкални метали- АЛКАЛНИ МЕТАЛИ: литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr. Меки метали, лесни за рязане (с изключение на Li), Rb, Cs и Fr почти пастообразни при обикновени условия; Li е най-лекият от всички метали, Na и K са по-леки от водата. Химически много... Илюстрован енциклопедичен речник

АЛКАЛНИ МЕТАЛИ- химични елементи Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Име от алкални хидроксиди на алкални метали ... Голям енциклопедичен речник

АЛКАЛНИ МЕТАЛИ- елементи от I група на периодичната система: литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs), франций (Fr); много мек, пластичен, топим и лек, обикновено сребристо бял; химически много активен; реагира бурно с... Руска енциклопедия по охрана на труда

алкални метали- Група, вкл. Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Теми металургия като цяло EN алкални метали … Наръчник за технически преводач

АЛКАЛНИ МЕТАЛИ- ПОДГРУПА IA. АЛКАЛНИ МЕТАЛИ ЛИТИЙ, НАТРИЙ, КАЛИЙ, РУБИДИЙ, ЦЕЗИЙ, ФРАНЦИЯ Електронната структура на алкалните метали се характеризира с наличието на един електрон на външната електронна обвивка, относително слабо свързан с ядрото. От всяка ...... Енциклопедия на Collier

алкални метали- Алкални метали Алкални метали. Метали от първа група на Периодичната система, а именно: литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Те образуват строго алкални хидроксиди, откъдето идва и името им. (Източник: "Метали и сплави. Наръчник." Под ... ... Речник на металургичните термини

алкални метали Енциклопедичен речник по металургия

АЛКАЛНИ МЕТАЛИ- химични елементи Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Наречени така, защото техните хидроксиди са най-силните алкали. Химически алкалните метали са най-активните метали. Активността им нараства от Li до Fr... Металургичен речник

Книги

• Комплект маси. Химия. Метали (12 таблици) , . Образователен албум от 12 листа. Изкуство. 5-8683-012 Алкални метали. Химия на алкалните метали. Елементи II А - групи. Твърдостта на водата. Алуминий. Използването на алуминий. Желязо. Видове корозия. Методи...