Химия

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

11. Щелочные металлы

Свойства элементов I A группы.

Свойства	3Li	11Na	19K	37Rb	55Cs	87Fr
Атомная масса	6,941	22,9898	39,098	85,468	132,905	[223]
Электронная конфигурация*
	0,155	0,189	0,238	0,253	0,274	0,280
	0,068	0,098	0,133	0,149	0,165	0,175
Энергия ионизации	5,392	5,14	4,341	4,176	3,89	3,98
Относительная электро- отрицательность	0,97	1,01	0,91	0,89	0,86	0,86
Возможные степени окисления	+1	+1	+1	+1	+1	+1
кларк, ат.% (распро- странненость в природе)	0,02	2,0	1,1	7*10-3	9*10-9	-
Агрегатное состояние (н. у.), цвет	С Е Р Е Б Р И С Т Ы Е М Е Т А Л Л Ы
	180,05	97,82	63,2	38,7	28,64	23
	1317	890	753,8	701	635	669
Плотность	0,534	0,971	0,862	1,532	1,873	2,1- 2,4
Стандартный электродный потенциал	-3,02	-2,71	-2,92	-2,925	-2,91	-

*Приведены конфигурации внешних электронных уровней атомов соответствующих элементов. Конфигурации остальных электронных уровней совпадают с таковыми для благородных газов, завершающих предыдущий период и указанных в скобках.

Как видно из данных, приведенных в таблице, элементы IA обладают большими атомными радиусами (самыми большими в периоде) и низкой энергией ионизации (самой низкой в периоде), при этом в группе энергия ионизации уменьшается сверху вниз, так что Cs обладает наименьшей энергией ионизации вообще. Аналогичные выводы можно сделать и исходя из значений относительной электроотрицательности. В силу выше названных причин, химические связи в соединениях щелочных металлов – ионные.

Физические свойства. Элементы IA группы – типичные металлы. В силу относительной легкости протекания процесса ионизации, они - сильные восстановители, особенно Rb и Cs, что позволяет широко использовать их в фотоэлементах.

Это металлы, серебристого цвета (у Cs иногда встречается розовато-желтоватый оттенок), мягкие, пластичные, легкоплавкие, легколетучие. Обладают хорошей тепло- и электропроводностью.

Уменьшение температуры плавления от Li к Cs объясняется увеличением размера атома (см. табл.) и, как следствие, ослаблением межатомных связей.

Практическое применение. Na используется как восстановитель в металлотермии. Li и Na также применяются при изготовлении сталей, в качестве т. наз. “раскислителей”, которые удаляют примеси из стали (O₂, N₂, S, As и др.).

Получение. Из-за высокой химической активности щелочные металлы встречаются в природе только в виде соединений (галогенидов, нитратов силикатов и др.). Чистые металлы получают путем электролиза расплавов галогенидов и щелочей или металлотермией.

Химические свойства. Как уже было сказано, элементы IA группы – сильные восстановители, активные металлы (Ме). Они легко реагируют с водой, кислотами. другими металлами и неметаллами, особенно при нагревании:

(легко).

- гидриды – сильные восстановители, химически активные солеподобные соединения. Легко разлагаются при нагревании с выделение водорода. Гидрид натрия используют для получения металлов. В частности:

- карбиды. При гидролизе этих соединений, который протекает достаточно легко, образуются, соответственно, ацетилен и метан.

- легко гидролизуются с образованием

Персульфиды и суперсульфиды, равно как и пероксиды и супероксиды (см. ниже) являются окислителями.

- химические связи в галогенидах и оксидах щелочных металлов очень прочные и не подвержены гидролизу.

Оксиды и пероксиды щелочных металлов.

- реакция протекает без нагревания. В случае с Li, в реакции образуется в основном оксид и немного пероксида, а в случае с Na – наоборот. При взаимодействии K, Rb и Cs с кислородом основным продуктом реакции является супероксид. Структуры соединений щелочных металлов с кислородом приведены ниже:

 

Среди пероксидов щелочных металлов наибольшее применение находит пероксид натрия:

- сильный окислитель, используется при отбелке тканей.

-реакция регенерации воздуха в закрытых помещениях.

Гидроксиды щелочных металлов. Это бесцветные твердые вещества, хорошо растворимые в воде, гигироскопичные. Химически активные, плавящиеся без разложения, за исключением:

.

В ряду гидроксидов от LiOH к CsOH возрастает радиус атома щелочного металла, и, как следствие уменьшается прочность связи Ме¾ О, что приводит к увеличению основных свойств.

-взаимодействие с оксидами неметаллов.

- используется для получения алюминия.

Взаимодействие с галогенами:

Взаимодействие с кислотами:

- эти реакции используются для получения солей.

Соли щелочных металлов и их применение. Почти все соли щелочных металлов хорошо растворимы в воде. Трудно растворимы в основном соли лития (карбонат, фосфат и фторид), а также: LiAl(SiO₃)₂ – сподумен, LiAl(PO₄)F – амблигонит, NaAlSi₃O₈ – альбит, KalSi₃O₈ – ортоклаз (полевые шпаты) и др.

Известны и встречаются в природе и другие соли щелочных металлов: NaCl – галит, KCl – сильвит. NaNO₃ – чилийская селитра, KNO₃ – индийская селитра (эти нитраты широко используются в сельском хозяйстве), Na₂SO₄, K₂SO₄ – тенардит, Na₂CO₃*10H₂O – гидратированная сода (карбонаты используют для получения стекла), Na₂SO₄*12H₂O – мирабилит, Na₂SO₄*10H₂O – глауберова соль, Na₂SiO₃ – жидкое стекло, Na₃PO₄ – добавляют в вино для стабилизации, в стиральные порошки, и, вообще, широко используют в промышленности, KNaC₄H₄O₆*4H₂O – сегнетова соль (сегнетоэлектрик).