Τα αλκαλικά μέταλλα είναι απλές ουσίες. Αλκαλιμέταλλα και οι ενώσεις τους

Τα αλκαλικά μέταλλα είναι η κοινή ονομασία για τα στοιχεία της ομάδας 1 του περιοδικού πίνακα των χημικών στοιχείων. Η σύνθεσή του είναι: λίθιο (Li), νάτριο (Na), κάλιο (K), ρουβίδιο (Rb), καίσιο (Cs), φράγκιο (Fr), και ένα υποθετικό στοιχείο - ununennium (Uue). Το όνομα της ομάδας προέρχεται από το όνομα των διαλυτών υδροξειδίων του νατρίου και του καλίου, τα οποία έχουν αλκαλική αντίδραση και γεύση. Ας εξετάσουμε τα γενικά χαρακτηριστικά της δομής των ατόμων στοιχείων, τις ιδιότητες, την προετοιμασία και τη χρήση απλών ουσιών.

Ξεπερασμένη και νέα αρίθμηση ομάδας

Σύμφωνα με το απαρχαιωμένο σύστημα αρίθμησης, τα αλκαλιμέταλλα που καταλαμβάνουν την αριστερή κάθετη στήλη του περιοδικού πίνακα ανήκουν στην ομάδα I-A. Το 1989, η Διεθνής Χημική Ένωση (IUPAC) πρότεινε μια διαφορετική επιλογή (μακράς περιόδου) ως κύρια. Τα αλκαλιμέταλλα, σύμφωνα με τη νέα ταξινόμηση και συνεχή αρίθμηση, ανήκουν στην ομάδα 1. Αυτό το σύμπλεγμα ανοίγει από έναν εκπρόσωπο της 2ης περιόδου - το λίθιο, και συμπληρώνεται από το ραδιενεργό στοιχείο της 7ης περιόδου - το φράγκιο. Όλα τα μέταλλα της ομάδας 1 περιέχουν ένα ηλεκτρόνιο s στο εξωτερικό περίβλημα των ατόμων τους, το οποίο εγκαταλείπουν εύκολα (ανακτούν).

Δομή ατόμων αλκαλιμετάλλου

Τα στοιχεία της ομάδας 1 χαρακτηρίζονται από την παρουσία ενός δεύτερου ενεργειακού επιπέδου, που επαναλαμβάνει τη δομή του προηγούμενου αδρανούς αερίου. Το λίθιο έχει 2 ηλεκτρόνια στην προτελευταία στιβάδα και 8 ηλεκτρόνια στο υπόλοιπο. Στις χημικές αντιδράσεις, τα άτομα εγκαταλείπουν εύκολα το εξωτερικό τους ηλεκτρόνιο, αποκτώντας μια ενεργειακά ευνοϊκή διαμόρφωση ευγενών αερίων. Τα στοιχεία της ομάδας 1 έχουν χαμηλές ενέργειες ιονισμού και ηλεκτραρνητικότητα (EO). Σχηματίζουν εύκολα μεμονωμένα φορτισμένα θετικά ιόντα. Όταν μετακινούμαστε από το λίθιο στο φράγκιο, ο αριθμός των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων και η ακτίνα του ατόμου αυξάνονται. Το ρουβίδιο, το καίσιο και το φράγκιο εγκαταλείπουν το εξωτερικό τους ηλεκτρόνιο πιο εύκολα από τα στοιχεία που προηγούνται της ομάδας. Κατά συνέπεια, στην ομάδα από πάνω προς τα κάτω, αυξάνεται η αναγεννητική ικανότητα.

Η εύκολη οξείδωση των αλκαλιμετάλλων οδηγεί στο γεγονός ότι στοιχεία της ομάδας 1 υπάρχουν στη φύση με τη μορφή ενώσεων των μονοφορτισμένων κατιόντων τους. Η περιεκτικότητα σε νάτριο στο φλοιό της γης είναι 2,0%, κάλιο - 1,1%. Άλλα στοιχεία βρίσκονται σε μικρές ποσότητες, για παράδειγμα, αποθέματα φραγκίου - 340 γρ. Το χλωριούχο νάτριο διαλύεται στο θαλασσινό νερό, στην άλμη των αλμυρών λιμνών και των εκβολών ποταμών και σχηματίζει εναποθέσεις βράχου ή επιτραπέζιου αλατιού. Μαζί με τον αλογονίτη, εμφανίζεται και ο συλβινίτης NaCl. KCl και sylvite KCl. Ο άστριος σχηματίζεται από αργιλοπυριτικό κάλιο Κ2. Το ανθρακικό νάτριο διαλύεται στο νερό ορισμένων λιμνών και τα αποθέματα θειικού του στοιχείου συγκεντρώνονται στα νερά της Κασπίας Θάλασσας (Kara-Bogaz-Gol). Υπάρχουν κοιτάσματα νιτρικού νατρίου στη Χιλή (αλατούρα Χιλής). Υπάρχει περιορισμένος αριθμός φυσικών ενώσεων λιθίου. Το ρουβίδιο και το καίσιο βρίσκονται ως ακαθαρσίες σε ενώσεις στοιχείων της ομάδας 1 και το φράγκιο βρίσκεται στα μεταλλεύματα ουρανίου.

Ακολουθία ανακάλυψης αλκαλιμετάλλων

Ο Βρετανός χημικός και φυσικός G. Davy το 1807 πραγματοποίησε την ηλεκτρόλυση τήγματος αλκαλίων, λαμβάνοντας για πρώτη φορά νάτριο και κάλιο σε ελεύθερη μορφή. Το 1817, ο Σουηδός επιστήμονας Johann Arfvedson ανακάλυψε το στοιχείο λίθιο στα ορυκτά και το 1825 ο G. Davy απομόνωσε το καθαρό μέταλλο. Το ρουβίδιο ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1861 από τους R. Bunsen και G. Kirchhoff. Γερμανοί ερευνητές ανέλυσαν τη σύσταση των αργιλοπυριτικών και πέτυχαν μια κόκκινη γραμμή στο φάσμα που αντιστοιχεί στο νέο στοιχείο. Το 1939, η Μαργαρίτα Περέ, υπάλληλος του Ινστιτούτου Ραδιενέργειας του Παρισιού, διαπίστωσε την ύπαρξη του ισοτόπου του φραγκίου. Ονόμασε το στοιχείο προς τιμήν της πατρίδας της. Ununennium (eka-francium) είναι η προσωρινή ονομασία για έναν νέο τύπο ατόμου με ατομικό αριθμό 119. Το χημικό σύμβολο Uue χρησιμοποιείται προσωρινά. Από το 1985, οι ερευνητές επιχειρούν να συνθέσουν ένα νέο στοιχείο, το οποίο θα είναι το πρώτο στην 8η περίοδο, το έβδομο στην 1η ομάδα.

Φυσικές ιδιότητες αλκαλιμετάλλων

Σχεδόν όλα τα αλκαλικά μέταλλα έχουν ένα ασημί-λευκό χρώμα και μια μεταλλική λάμψη όταν είναι φρεσκοκομμένα (το καίσιο έχει ένα χρυσοκίτρινο χρώμα). Στον αέρα η λάμψη ξεθωριάζει και εμφανίζεται μια γκρίζα μεμβράνη· στο λίθιο γίνεται πρασινωπό-μαύρο. Αυτό το μέταλλο έχει τη μεγαλύτερη σκληρότητα μεταξύ των γειτόνων της ομάδας του, αλλά είναι κατώτερο από τον τάλκη, το πιο μαλακό ορυκτό στην κλίμακα Mohs. Το νάτριο και το κάλιο λυγίζονται εύκολα και μπορούν να κοπούν. Το ρουβίδιο, το καίσιο και το φράγκιο στην καθαρή τους μορφή είναι μια μάζα που μοιάζει με ζύμη. Η τήξη των αλκαλιμετάλλων συμβαίνει σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Για το λίθιο φτάνει τους 180,54 °C. Το νάτριο τήκεται σε θερμοκρασία 97,86 °C, το κάλιο στους 63,51 °C, το ρουβίδιο στους 39,32 °C, το καίσιο στους 28,44 °C. Η πυκνότητα των αλκαλιμετάλλων είναι μικρότερη από αυτή των σχετικών ουσιών τους. Το λίθιο επιπλέει στην κηροζίνη, ανεβαίνει στην επιφάνεια του νερού, το κάλιο και το νάτριο επιπλέουν επίσης σε αυτό.

Κρυσταλλική κατάσταση

Η κρυστάλλωση των μετάλλων των αλκαλίων συμβαίνει στο κυβικό σύστημα (σωματοκεντρικό). Τα άτομα στη σύνθεσή του έχουν μια ζώνη αγωγιμότητας, στα ελεύθερα επίπεδα της οποίας μπορούν να κινηθούν τα ηλεκτρόνια. Αυτά τα ενεργά σωματίδια είναι που εκτελούν έναν ειδικό χημικό δεσμό—μεταλλικό. Η κοινή δομή των ενεργειακών επιπέδων και η φύση των κρυσταλλικών δικτυωμάτων εξηγούν την ομοιότητα των στοιχείων της ομάδας 1. Όταν μετακινούμαστε από το λίθιο στο καίσιο, οι μάζες των ατόμων των στοιχείων αυξάνονται, γεγονός που οδηγεί σε φυσική αύξηση της πυκνότητας, καθώς και σε αλλαγή σε άλλες ιδιότητες.

Χημικές ιδιότητες αλκαλιμετάλλων

Το μόνο εξωτερικό ηλεκτρόνιο στα άτομα αλκαλιμετάλλου έλκεται ασθενώς στον πυρήνα, επομένως χαρακτηρίζονται από χαμηλή ενέργεια ιονισμού και αρνητική ή κοντά στο μηδέν συγγένεια ηλεκτρονίων. Τα στοιχεία της ομάδας 1, με αναγωγική δράση, είναι πρακτικά ανίκανα να οξειδωθούν. Στην ομάδα από πάνω προς τα κάτω, η δραστηριότητα στις χημικές αντιδράσεις αυξάνεται:

Παρασκευή και χρήση αλκαλιμετάλλων

Τα μέταλλα που ανήκουν στην ομάδα 1 παράγονται βιομηχανικά με ηλεκτρόλυση τήγματος των αλογονιδίων τους και άλλων φυσικών ενώσεων. Όταν αποσυντίθενται από ηλεκτρικό ρεύμα, τα θετικά ιόντα στην κάθοδο αποκτούν ηλεκτρόνια και ανάγονται σε ελεύθερο μέταλλο. Στο αντίθετο ηλεκτρόδιο, το ανιόν οξειδώνεται.

Κατά την ηλεκτρόλυση των τήξεων υδροξειδίου στην άνοδο, τα σωματίδια ΟΗ - οξειδώνονται, απελευθερώνεται οξυγόνο και λαμβάνεται νερό. Μια άλλη μέθοδος είναι η θερμική αναγωγή των αλκαλιμετάλλων από τηγμένα άλατα με ασβέστιο. Οι απλές ουσίες και ενώσεις των στοιχείων της ομάδας 1 έχουν πρακτική σημασία. Το λίθιο χρησιμεύει ως πρώτη ύλη στην πυρηνική ενέργεια και χρησιμοποιείται στην τεχνολογία πυραύλων. Στη μεταλλουργία χρησιμοποιείται για την αφαίρεση υπολειμματικού υδρογόνου, αζώτου, οξυγόνου και θείου. Το υδροξείδιο χρησιμοποιείται για τη συμπλήρωση του ηλεκτρολύτη στις αλκαλικές μπαταρίες.

Το νάτριο είναι απαραίτητο για την πυρηνική ενέργεια, τη μεταλλουργία και την οργανική σύνθεση. Το καίσιο και το ρουβίδιο χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ηλιακών κυψελών. Τα υδροξείδια και τα άλατα χρησιμοποιούνται ευρέως, ιδιαίτερα τα χλωρίδια, τα νιτρικά, τα θειικά και τα ανθρακικά αλκαλικά μέταλλα. Τα κατιόντα έχουν βιολογική δράση· τα ιόντα νατρίου και καλίου είναι ιδιαίτερα σημαντικά για το ανθρώπινο σώμα.

Αλκαλικά μέταλλα.

Τα αλκαλικά μέταλλα είναι στοιχεία της κύριας υποομάδας της ομάδας Ι του Περιοδικού Πίνακα Χημικών Στοιχείων του D. I. Mendeleev:

λίθιο Li, νάτριο Na, κάλιο Κ, ρουβίδιο Rb, καίσιο Cs και φράγκιο Fr.

Αυτά τα μέταλλα ονομάζονται αλκαλικά μέταλλα επειδή οι περισσότερες από τις ενώσεις τους είναι διαλυτές στο νερό. Στα σλαβικά, «έκπλυση» σημαίνει «διαλύω», που καθόρισε το όνομα αυτής της ομάδας μετάλλων. Όταν τα αλκαλικά μέταλλα διαλύονται στο νερό, σχηματίζονται διαλυτά υδροξείδια που ονομάζονται αλκάλια.

Κύρια χαρακτηριστικά των αλκαλιμετάλλων:Στον Περιοδικό Πίνακα ακολουθούν αμέσως τα ευγενή αέρια, επομένως η ιδιαιτερότητα της δομής των ατόμων αλκαλιμετάλλου είναι ότι περιέχουν ένα ηλεκτρόνιο σε ένα νέο ενεργειακό επίπεδο: τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων τους ns1.

Τα ηλεκτρόνια σθένους των αλκαλιμετάλλων μπορούν εύκολα να αφαιρεθούν επειδή είναι ενεργειακά ευνοϊκό για το άτομο να εγκαταλείψει ένα ηλεκτρόνιο και να αποκτήσει μια διαμόρφωση ευγενούς αερίου.

Επομένως, όλα τα αλκαλιμέταλλα χαρακτηρίζονται από αναγωγικές ιδιότητες. Αυτό επιβεβαιώνεται από τις χαμηλές τιμές των δυναμικών ιοντισμού τους (το δυναμικό ιοντισμού του ατόμου καισίου είναι ένα από τα χαμηλότερα) και την ηλεκτραρνητικότητα (EO).
Ακολουθεί ένας πίνακας ιδιοτήτων των αλκαλιμετάλλων:

Ιδιότητες αλκαλικών μετάλλων

Ατομικός αριθμός	Ονομα, σύμβολο	Μέταλλο ακτίνα, nm	ιωνικός ακτίνα, nm	Δυνητικός ιονισμός, eV	ΕΟ	Π, g/cm³	t pl, °C	t kip, °C
3	Lithium Li	0,152	0,078	5,32	0,98	0,53	181	1347
11	Nadium Na	0,190	0,098	5,14	0,93	0,97	98	883
19	Κάλιο Κ	0,227	0,133	4,34	0,82	0,86	64	774
37	Ρουβίδιο Rb	0,248	0,149	4,18	0,82	1,53	39	688
55	Καισίου Cs	0,265	0,165	3,89	0,79	1,87	28	678

Όλα τα μέταλλα αυτής της υποομάδας έχουν ένα ασημί-λευκό χρώμα.(εκτός από το ασημί-κίτρινο καίσιο), είναι πολύ απαλά και μπορούν να κοπούν με νυστέρι. Το λίθιο, το νάτριο και το κάλιο είναι ελαφρύτερα από το νερό και επιπλέουν στην επιφάνειά του, αντιδρώντας μαζί του.

Τα αλκαλικά μέταλλα απαντώνται στη φύση με τη μορφή ενώσεων που περιέχουν μεμονωμένα φορτισμένα κατιόντα.

Πολλά ορυκτά περιέχουν μέταλλα της κύριας υποομάδας της ομάδας Ι. Για παράδειγμα, η ορθοκλάση, ή ο άστριος, αποτελείται από αργιλοπυριτικό κάλιο K2, ένα παρόμοιο ορυκτό που περιέχει νάτριο -αλβίτης- έχει τη σύνθεση Na2. Το θαλασσινό νερό περιέχει χλωριούχο νάτριο NaCl και το έδαφος περιέχει άλατα καλίου - sylvin KCl, sylvinite NaCl. KCl, καρναλλίτης KCl. MgCl2. 6H2O, πολυαλογόνος K2SO4. MgS04. CaSO4. 2Η2Ο.

Χημικές ιδιότητες αλκαλιμετάλλων
Λόγω της υψηλής χημικής δραστηριότητας των αλκαλικών μετάλλων σε σχέση με το νερό, το οξυγόνο και το άζωτο, αποθηκεύονται κάτω από ένα στρώμα κηροζίνης. Για να πραγματοποιηθεί μια αντίδραση με ένα μέταλλο αλκαλίου, ένα κομμάτι του απαιτούμενου μεγέθους κόβεται προσεκτικά με ένα νυστέρι κάτω από ένα στρώμα κηροζίνης, η μεταλλική επιφάνεια καθαρίζεται καλά σε ατμόσφαιρα αργού από τα προϊόντα της αλληλεπίδρασής του με τον αέρα και μόνο τότε το δείγμα τοποθετείται στο δοχείο αντίδρασης.

1. Αλληλεπίδραση με το νερό. Σημαντική ιδιότητα των αλκαλικών μετάλλων- η υψηλή δραστηριότητά τους προς το νερό. Το λίθιο αντιδρά πιο ήρεμα (χωρίς έκρηξη) με το νερό:

Όταν διεξάγεται μια παρόμοια αντίδραση, το νάτριο καίγεται με κίτρινη φλόγα και εμφανίζεται μια μικρή έκρηξη. Το κάλιο είναι ακόμη πιο ενεργό: σε αυτή την περίπτωση, η έκρηξη είναι πολύ ισχυρότερη και η φλόγα έχει μοβ χρώμα.
2. Αλληλεπίδραση με οξυγόνο. Τα προϊόντα καύσης των αλκαλιμετάλλων στον αέρα έχουν διαφορετικές συνθέσεις ανάλογα με τη δραστηριότητα του μετάλλου.

Μόνο το λίθιο καίγεται στον αέρα για να σχηματίσει ένα οξείδιο στοιχειομετρικής σύνθεσης:

Όταν καίγεται το νάτριο, το υπεροξείδιο Na2O2 σχηματίζεται κυρίως με μια μικρή ανάμειξη υπεροξειδίου NaO2:

Τα προϊόντα καύσης του καλίου, του ρουβιδίου και του καισίου περιέχουν κυρίως υπεροξείδια:

Για να ληφθούν οξείδια νατρίου και καλίου, θερμαίνονται μίγματα υδροξειδίου, υπεροξειδίου ή υπεροξειδίου με περίσσεια μετάλλου απουσία οξυγόνου:

Το ακόλουθο μοτίβο είναι χαρακτηριστικό των ενώσεων οξυγόνου των μετάλλων αλκαλίων: καθώς αυξάνεται η ακτίνα του κατιόντος μετάλλου αλκαλίου, αυξάνεται η σταθερότητα των ενώσεων οξυγόνου που περιέχουν ιόν υπεροξειδίου O22 και ιόν υπεροξειδίου O2-.

Τα βαρέα αλκαλικά μέταλλα χαρακτηρίζονται από το σχηματισμό αρκετά σταθερών οζονιδίων με σύνθεση ΕΟ3. Όλες οι ενώσεις οξυγόνου έχουν διαφορετικά χρώματα, η ένταση των οποίων βαθαίνει στη σειρά από Li έως Cs:

Τα οξείδια αλκαλιμετάλλων έχουν όλες τις ιδιότητες των βασικών οξειδίων: αντιδρούν με νερό, όξινα οξείδια και οξέα:

Τα υπεροξείδια και τα υπεροξείδια παρουσιάζουν τις ιδιότητες ισχυρών οξειδωτικών παραγόντων:

Τα υπεροξείδια και τα υπεροξείδια αλληλεπιδρούν εντατικά με το νερό, σχηματίζοντας υδροξείδια:

3. Αλληλεπίδραση με άλλες ουσίες. Τα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν με πολλά αμέταλλα. Όταν θερμαίνονται, συνδυάζονται με υδρογόνο για να σχηματίσουν υδρίδια, με αλογόνα, θείο, άζωτο, φώσφορο, άνθρακα και πυρίτιο για να σχηματίσουν, αντίστοιχα, αλογονίδια, σουλφίδια, νιτρίδια, φωσφίδια, καρβίδια και πυριτίδια:

Όταν θερμαίνονται, τα αλκαλικά μέταλλα είναι ικανά να αντιδρούν με άλλα μέταλλα, σχηματίζοντας διαμεταλλικές ενώσεις. Τα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν ενεργά (εκρηκτικά) με οξέα.

Τα αλκαλικά μέταλλα διαλύονται σε υγρή αμμωνία και τα παράγωγά της - αμίνες και αμίδια:

Όταν διαλύεται σε υγρή αμμωνία, ένα αλκαλιμέταλλο χάνει ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο διαλύεται από μόρια αμμωνίας και δίνει στο διάλυμα ένα μπλε χρώμα. Τα αμίδια που προκύπτουν αποσυντίθενται εύκολα από το νερό για να σχηματίσουν αλκάλια και αμμωνία:

Τα αλκαλικά μέταλλα αλληλεπιδρούν με οργανικές ουσίες, αλκοόλες (για να σχηματίσουν αλκοολικά άλατα) και καρβοξυλικά οξέα (για να σχηματίσουν άλατα):

4. Ποιοτικός προσδιορισμός αλκαλιμετάλλων. Δεδομένου ότι τα δυναμικά ιονισμού των αλκαλιμετάλλων είναι μικρά, όταν το μέταλλο ή οι ενώσεις του θερμαίνονται σε φλόγα, το άτομο ιονίζεται, χρωματίζοντας τη φλόγα με ένα συγκεκριμένο χρώμα:

Παρασκευή αλκαλιμετάλλων
1. Για τη λήψη αλκαλιμετάλλων χρησιμοποιούν κυρίως ηλεκτρόλυση τήγματος των αλογονιδίων τους, πιο συχνά χλωριούχα που σχηματίζουν φυσικά ορυκτά:

κάθοδος: Li+ + e → Li
άνοδος: 2Cl- — 2e → Cl2
2. Μερικές φορές, για τη λήψη αλκαλιμετάλλων, πραγματοποιείται ηλεκτρόλυση τήγματος των υδροξειδίων τους:

Κάθοδος: Na+ + e → Na
άνοδος: 4OH- – 4e → 2H2O + O2
Δεδομένου ότι τα αλκαλικά μέταλλα βρίσκονται στα αριστερά του υδρογόνου στην ηλεκτροχημική σειρά τάσης, η ηλεκτρολυτική τους παρασκευή από διαλύματα αλάτων είναι αδύνατη. σε αυτή την περίπτωση σχηματίζονται τα αντίστοιχα αλκάλια και υδρογόνο.

Ενώσεις αλκαλιμετάλλων. Υδροξείδια

Στα αλκαλιμέταλλα περιλαμβάνονται μέταλλα της ομάδας ΙΑ του Περιοδικού Πίνακα του Δ.Ι. Mendeleev - λίθιο (Li), νάτριο (Na), κάλιο (K), ρουβίδιο (Rb), καίσιο (Cs) και φράγκιο (Fr). Το εξωτερικό επίπεδο ενέργειας των αλκαλιμετάλλων περιέχει ένα ηλεκτρόνιο σθένους. Η ηλεκτρονική διαμόρφωση του εξωτερικού ενεργειακού επιπέδου των αλκαλιμετάλλων είναι ns 1. Στις ενώσεις τους παρουσιάζουν μια μοναδική κατάσταση οξείδωσης +1. Στην OVR είναι αναγωγικοί παράγοντες, δηλ. παραδώσει ένα ηλεκτρόνιο.

Φυσικές ιδιότητες αλκαλιμετάλλων

Όλα τα αλκαλικά μέταλλα είναι ελαφριά (έχουν χαμηλή πυκνότητα), πολύ μαλακά (με εξαίρεση το Li, κόβονται εύκολα με μαχαίρι και μπορούν να τυλιχτούν σε αλουμινόχαρτο), έχουν χαμηλά σημεία βρασμού και τήξης (με αύξηση του φορτίου του πυρήνα ενός ατόμου αλκαλιμετάλλου, το σημείο τήξης μειώνεται).

Στην ελεύθερη κατάσταση, τα Li, Na, K και Rb είναι ασημί-λευκά μέταλλα, το Cs είναι ένα χρυσοκίτρινο μέταλλο.

Τα αλκαλικά μέταλλα αποθηκεύονται σε σφραγισμένες αμπούλες κάτω από ένα στρώμα κηροζίνης ή βαζελίνης, καθώς είναι εξαιρετικά χημικά αντιδραστικά.

Τα αλκαλικά μέταλλα έχουν υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, η οποία οφείλεται στην παρουσία ενός μεταλλικού δεσμού και ενός κρυσταλλικού πλέγματος με κέντρο το σώμα

Παρασκευή αλκαλιμετάλλων

Όλα τα αλκαλικά μέταλλα μπορούν να ληφθούν με ηλεκτρόλυση του τήγματος των αλάτων τους, αλλά στην πράξη μόνο Li και Na λαμβάνονται με αυτόν τον τρόπο, γεγονός που σχετίζεται με την υψηλή χημική δραστηριότητα των K, Rb, Cs:

2LiCl = 2Li + Cl 2

2NaCl = 2Na + Cl2

Οποιοδήποτε μέταλλο αλκαλίου μπορεί να ληφθεί με αναγωγή του αντίστοιχου αλογονιδίου (χλωρίδιο ή βρωμίδιο), χρησιμοποιώντας Ca, Mg ή Si ως αναγωγικούς παράγοντες. Οι αντιδράσεις γίνονται με θέρμανση (600 – 900C) και υπό κενό. Η γενική εξίσωση για τη λήψη αλκαλιμετάλλων με αυτόν τον τρόπο είναι:

2MeCl + Ca = 2Me + CaCl 2,

όπου το Me είναι μέταλλο.

Υπάρχει μια γνωστή μέθοδος για την παραγωγή λιθίου από το οξείδιο του. Η αντίδραση πραγματοποιείται με θέρμανση στους 300°C και υπό κενό:

2Li 2 O + Si + 2CaO = 4Li + Ca 2 SiO 4

Το κάλιο μπορεί να παραχθεί από την αντίδραση μεταξύ τετηγμένου υδροξειδίου του καλίου και υγρού νατρίου. Η αντίδραση πραγματοποιείται με θέρμανση στους 440°C:

KOH + Na = K + NaOH

Χημικές ιδιότητες αλκαλιμετάλλων

Όλα τα αλκαλικά μέταλλα αλληλεπιδρούν ενεργά με υδροξείδια σχηματίζοντας νερό. Λόγω της υψηλής χημικής δραστηριότητας των αλκαλικών μετάλλων, η αντίδραση της αλληλεπίδρασης με το νερό μπορεί να συνοδεύεται από έκρηξη. Το λίθιο αντιδρά πιο ήρεμα με το νερό. Η γενική εξίσωση αντίδρασης είναι:

2Me + H2O = 2MeOH + H2

όπου το Me είναι μέταλλο.

Τα αλκαλικά μέταλλα αλληλεπιδρούν με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο για να σχηματίσουν μια σειρά από διαφορετικές ενώσεις - οξείδια (Li), υπεροξείδια (Na), υπεροξείδια (K, Rb, Cs):

4Li + O 2 = 2Li 2 O

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Όλα τα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν με αμέταλλα (αλογόνα, άζωτο, θείο, φώσφορος, υδρογόνο κ.λπ.) όταν θερμαίνονται. Για παράδειγμα:

2Na + Cl 2 = 2NaCl

6Li + N 2 = 2Li 3 N

2Li +2C = Li 2 C 2

2Na + H 2 = 2NaH

Τα αλκαλικά μέταλλα είναι ικανά να αλληλεπιδρούν με πολύπλοκες ουσίες (όξινα διαλύματα, αμμωνία, άλατα). Έτσι, όταν τα αλκαλικά μέταλλα αλληλεπιδρούν με την αμμωνία, σχηματίζονται αμίδια:

2Li + 2NH 3 = 2LiNH 2 + H 2

Η αλληλεπίδραση των αλκαλικών μετάλλων με τα άλατα συμβαίνει σύμφωνα με την ακόλουθη αρχή - εκτοπίζουν λιγότερο ενεργά μέταλλα (δείτε τη σειρά δραστηριότητας των μετάλλων) από τα άλατά τους:

3Na + AlCl 3 = 3NaCl + Al

Η αλληλεπίδραση των αλκαλιμετάλλων με τα οξέα είναι διφορούμενη, καθώς όταν συμβαίνουν τέτοιες αντιδράσεις, το μέταλλο αρχικά θα αντιδράσει με το νερό του διαλύματος οξέος και το αλκάλιο που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα αυτής της αλληλεπίδρασης θα αντιδράσει με το οξύ.

Τα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν με οργανικές ουσίες, όπως αλκοόλες, φαινόλες, καρβοξυλικά οξέα:

2Na + 2C 2 H 5 OH = 2C 2 H 5 ONa + H 2

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

2Na + 2CH 3 COOH = 2CH 3 COONa + H 2

Ποιοτικές αντιδράσεις

Μια ποιοτική αντίδραση στα αλκαλικά μέταλλα είναι ο χρωματισμός της φλόγας από τα κατιόντα τους: το Li + χρωματίζει τη φλόγα κόκκινο, Na + κίτρινο και τα K + , Rb + , Cs + μωβ.

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

Ασκηση

Εκτελέστε τους χημικούς μετασχηματισμούς Na→Na 2 O→NaOH→Na 2 SO 4

Λύση

4Na + O 2 → 2Na 2 O

Η δομή των εξωτερικών ηλεκτρονικών στιβάδων στα άτομα των στοιχείων της ομάδας Ι μας επιτρέπει, πρώτα απ 'όλα, να υποθέσουμε ότι δεν έχουν καμία τάση να προσθέτουν ηλεκτρόνια. Από την άλλη πλευρά, η δωρεά ενός μόνο εξωτερικού ηλεκτρονίου, όπως φαίνεται, θα πρέπει να συμβεί πολύ εύκολα και να οδηγήσει στον σχηματισμό σταθερών μονοσθενών κατιόντων των εν λόγω στοιχείων.

Όπως δείχνει η εμπειρία, αυτές οι υποθέσεις δικαιολογούνται πλήρως μόνο σε σχέση με τα στοιχεία της αριστερής στήλης (Li, Να, Κ και ανάλογα). Για τον χαλκό και τα ανάλογα του, ισχύουν μόνο κατά το ήμισυ: με την έννοια της έλλειψης τάσης να προσθέτουν ηλεκτρόνια. Ταυτόχρονα, το στρώμα των 18 ηλεκτρονίων τους, το οποίο βρίσκεται πιο μακριά από τον πυρήνα, αποδεικνύεται ότι δεν έχει ακόμη πλήρως σταθεροποιηθεί και, υπό ορισμένες συνθήκες, είναι ικανό για μερική απώλεια ηλεκτρονίων. Το τελευταίο καθιστά δυνατή την ύπαρξη, μαζί με το μονοσθενές Cu, Αγκαι έναuεπίσης ενώσεις των υπό εξέταση στοιχείων, που αντιστοιχούν στο υψηλότερο σθένος τους.

Μια τέτοια ασυμφωνία μεταξύ των υποθέσεων που προέρχονται από ατομικά μοντέλα και των πειραματικών αποτελεσμάτων δείχνει ότι η εξέταση των ιδιοτήτων των στοιχείων με βάσημόνοοι ηλεκτρονικές δομές των ατόμων χωρίς να λαμβάνονται υπόψη άλλα χαρακτηριστικά δεν επαρκούν πάντα για τον χημικό χαρακτηρισμό αυτών των στοιχείων ακόμη και με τους πιο χονδρικούς όρους.

Αλκαλικά μέταλλα.

Η ονομασία αλκαλιμέταλλα που χρησιμοποιείται σε στοιχεία της σειράς Li-Cs οφείλεται στο γεγονός ότι τα υδροξείδια τους είναι ισχυρά αλκάλια. Νάτριο Και κάλιο είναι από τα πιο κοινά στοιχεία, αντιπροσωπεύοντας το 2,0 και το 1,1% αντίστοιχα, του συνολικού αριθμού ατόμων στον φλοιό της γης. Περιεχόμενα σε αυτό λίθιο (0,02%), ρουβίνιο (0,004%) και καίσιο (0,00009%) είναι ήδη σημαντικά λιγότερο, και Γαλλία - αμελητέα. Το στοιχειώδες Na και K απομονώθηκαν μόλις το 1807. Το λίθιο ανακαλύφθηκε το 1817, το καίσιο και το ρουβίδιο - το 1860 και το 1861, αντίστοιχα. Το στοιχείο Νο. 87 - φράγκιο - ανακαλύφθηκε το 1939 και έλαβε το όνομά του το 1946. Φυσικό νάτριο και καίσιο είναι «καθαρά» στοιχεία (23 Na και 133 Cs), το λίθιο αποτελείται από τα ισότοπα 6 Li (7,4%) και 7 Li (92,6%), το κάλιο αποτελείται από τα ισότοπα 39 K (93,22%).
40 Κ (0,01%) και 41 Κ (6,77%), ρουβίδιο - από τα ισότοπα 85 Rb (72,2%) και 87 Rb (27,8%). Από τα ισότοπα του φραγκίου, το πιο σημαντικό είναι το 223 Fr που απαντάται στη φύση (η μέση διάρκεια ζωής ενός ατόμου είναι 32 λεπτά).

Επικράτηση:

Μόνο ενώσεις αλκαλικών μετάλλων βρίσκονται στη φύση. Το νάτριο και το κάλιο είναι μόνιμα συστατικά πολλών πυριτικών αλάτων. Από τα επιμέρους μέταλλα, το νάτριο είναι το πιο σημαντικό - άλας (NaCl) είναι μέρος του θαλασσινού νερού και σε ορισμένες περιοχές της επιφάνειας της γης σχηματίζει τεράστιες αποθέσεις αλατιού κάτω από ένα στρώμα αλλουβιακών πετρωμάτων. Τα ανώτερα στρώματα τέτοιων εναποθέσεων περιέχουν μερικές φορές συσσωρεύσεις αλάτων καλίου με τη μορφή στρωμάτων συλβινίτης (mKCl∙nNaCl), κα ρναλλίτης (KCl MgCl 2 6H 2 O), κ.λπ., που χρησιμεύουν ως η κύρια πηγή για τη λήψη ενώσεων αυτού του στοιχείου. Είναι γνωστές μόνο λίγες φυσικές συσσωρεύσεις αλάτων καλίου βιομηχανικής σημασίας. Ένας αριθμός ορυκτών είναι γνωστά για το λίθιο, αλλά οι συσσωρεύσεις τους είναι σπάνιες. Το ρουβίδιο και το καίσιο εμφανίζονται σχεδόν αποκλειστικά ως ακαθαρσίες στο κάλιο. Τα ίχνη της Γαλλίας περιέχονται πάντα μέσα μεταλλεύματα ουρανίου . Τα ορυκτά λιθίου είναι, για παράδειγμα, spodumene Και λεπιδολίτης (Li 2 KAl). Μέρος του καλίου στο τελευταίο από αυτά αντικαθίσταται μερικές φορές από ρουβίδιο. Το ίδιο ισχύει και για τον καρναλλίτη, ο οποίος μπορεί να χρησιμεύσει ως καλή πηγή ρουβιδίου. Το σχετικά σπάνιο ορυκτό είναι το πιο σημαντικό για την τεχνολογία καισίου ρυπαίνουν - CsAI(SiO 3) 2.

Παραλαβή:

Στην ελεύθερη τους κατάσταση, τα αλκαλικά μέταλλα μπορούν να απομονωθούν με ηλεκτρόλυση των τετηγμένων χλωριούχων αλάτων τους. Πρωταρχικής πρακτικής σημασίας έχει το νάτριο, του οποίου η ετήσια παγκόσμια παραγωγή ξεπερνά τους 200 χιλιάδες τόνους Το διάγραμμα εγκατάστασης για την παραγωγή του με ηλεκτρόλυση τετηγμένου NaCl φαίνεται παρακάτω. Το λουτρό αποτελείται από ένα χαλύβδινο περίβλημα με επένδυση από πυριτικό πηλό, μια άνοδο γραφίτη (Α) και μια δακτυλιοειδή σιδερένια κάθοδο (Κ), μεταξύ των οποίων βρίσκεται ένα δικτυωτό διάφραγμα. Ο ηλεκτρολύτης συνήθως δεν είναι καθαρό NaCl (mp 800 ℃), αλλά ένα πιο εύτηκτο μείγμα περίπου 40% NaCl και 60% CaCl 2, το οποίο καθιστά δυνατή την εργασία σε θερμοκρασίες περίπου 580 ° C. Το μεταλλικό νάτριο, το οποίο συλλέγεται στο πάνω μέρος του χώρου της δακτυλιοειδούς καθόδου και περνά στον συλλέκτη, περιέχει ένα μικρό (έως 5%) μείγμα ασβεστίου, το οποίο στη συνέχεια απελευθερώνεται σχεδόν πλήρως (η διαλυτότητα του Ca στο υγρό νάτριο κατά την τήξη του μονάδα είναι μόνο 0,01%). Καθώς προχωρά η ηλεκτρόλυση, προστίθεται NaCl στο λουτρό. Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας είναι περίπου 15 kWh ανά 1 kg Na.

2NaCl→ 2Na+Cl 2

Αυτό είναι ενδιαφέρον:

Πριν από την εισαγωγή της ηλεκτρολυτικής μεθόδου στην πράξη, το μεταλλικό νάτριο ελήφθη με θέρμανση σόδας με άνθρακα σύμφωνα με την αντίδραση:

Na 2 CO 3 +2C+244kcal→2Na+3CO

Η παραγωγή μεταλλικού K και Li είναι ασύγκριτα μικρότερη από αυτή του νατρίου. Το λίθιο λαμβάνεται με ηλεκτρόλυση του τήγματος LiCl + KCl και το κάλιο λαμβάνεται από τη δράση ατμών νατρίου στο τήγμα KCl, το οποίο ρέει αντίθετα προς αυτά σε ειδικές στήλες απόσταξης (από το πάνω μέρος των οποίων βγαίνει ατμός καλίου). Το ρουβίδιο και το καίσιο δεν εξορύσσονται σχεδόν ποτέ σε μεγάλη κλίμακα. Για τη λήψη μικρών ποσοτήτων αυτών των μετάλλων, είναι βολικό να χρησιμοποιηθεί θέρμανση των χλωριδίων τους με μεταλλικό ασβέστιο σε κενό.

2LiCl→2Li+Cl 2

Φυσικές ιδιότητες:

Ελλείψει αέρα, το λίθιο και τα ανάλογά του είναι ασημόλευκες (με εξαίρεση το κιτρινωπό καίσιο) ουσίες με περισσότερο ή λιγότερο ισχυρή μεταλλική λάμψη. Όλα τα αλκαλιμέταλλα χαρακτηρίζονται από χαμηλές πυκνότητες, χαμηλή σκληρότητα, χαμηλά σημεία τήξης και βρασμού και καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Οι πιο σημαντικές σταθερές τους συγκρίνονται παρακάτω:


Πυκνότητα, g/cm3.
Σημείο τήξεως, °C
Σημείο βρασμού, °C

Λόγω της χαμηλής πυκνότητάς τους, το Li, το Na και το K επιπλέουν στο νερό (Li ακόμη και στην κηροζίνη). Τα αλκαλικά μέταλλα κόβονται εύκολα με ένα μαχαίρι και η σκληρότητα του πιο μαλακού από αυτά - καισίου - δεν υπερβαίνει τη σκληρότητα του κεριού. Η μη φωτεινή φλόγα ενός καυστήρα αερίου χρωματίζεται από αλκαλικά μέταλλα και τις πτητικές ενώσεις τους σε χαρακτηριστικά χρώματα, από τα οποία το έντονο κίτρινο που ενυπάρχει στο νάτριο είναι το πιο έντονο.

Αυτό είναι ενδιαφέρον:

Εξωτερικά που εκδηλώνεται με τη μορφή χρωματισμού της φλόγας, η εκπομπή ακτίνων φωτός από θερμαινόμενα άτομα αλκαλικών μετάλλων προκαλείται από το άλμα ηλεκτρονίων από υψηλότερα σε χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας. Για παράδειγμα, η χαρακτηριστική κίτρινη γραμμή στο φάσμα του νατρίου εμφανίζεται όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταπηδά από το επίπεδο 3p στο επίπεδο 3s. Προφανώς, για να είναι δυνατό ένα τέτοιο άλμα, είναι απαραίτητη μια προκαταρκτική διέγερση του ατόμου, δηλαδή η μεταφορά ενός ή περισσότερων ηλεκτρονίων του σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο. Στην περίπτωση που εξετάζουμε, η διέγερση επιτυγχάνεται λόγω της θερμότητας της φλόγας (και απαιτεί δαπάνη 48 kcal/g-άτομο) γενικά, μπορεί να προκύψει από τη μετάδοση ενέργειας διαφόρων τύπων στο άτομο. Άλλα αλκαλικά μέταλλα προκαλούν την εμφάνιση των ακόλουθων χρωμάτων φλόγας: Li - καρμίνη-κόκκινο, Κ-ιώδες, Rb - μπλε-κόκκινο, Cs - μπλε.

Το φάσμα φωταύγειας του νυχτερινού ουρανού δείχνει τη συνεχή παρουσία κίτρινης ακτινοβολίας νατρίου. Το υψόμετρο του τόπου καταγωγής του υπολογίζεται στα 200-300 χλμ.Τ. Δηλαδή, η ατμόσφαιρα σε αυτά τα υψόμετρα περιέχει άτομα νατρίου (φυσικά, σε αμελητέες ποσότητες). Η εμφάνιση ακτινοβολίας περιγράφεται από μια σειρά στοιχειωδών διεργασιών (ο αστερίσκος υποδεικνύει τη διεγερμένη κατάσταση· M είναι οποιοδήποτε τρίτο σωματίδιο - O 2, O 0, N 2, κ.λπ.): Na + O 0 + M = NaO + M* , μετά NaO + O=O 2 + Na* και τέλος Na*= Na +λν.

Το νάτριο και το κάλιο πρέπει να αποθηκεύονται σε ερμητικά κλειστά δοχεία κάτω από ένα στρώμα ξηρής και ουδέτερης κηροζίνης. Η επαφή τους με οξέα, νερό, χλωριωμένες οργανικές ενώσεις και στερεό διοξείδιο του άνθρακα είναι απαράδεκτη. Μην συσσωρεύονται μικρά υπολείμματα καλίου, τα οποία οξειδώνονται ιδιαίτερα εύκολα (λόγω της σχετικά μεγάλης τους επιφάνειας). Τα αχρησιμοποίητα υπολείμματα καλίου και νατρίου σε μικρές ποσότητες καταστρέφονται από αλληλεπίδραση με περίσσεια αλκοόλης, σε μεγάλες ποσότητες - με καύση στα κάρβουνα μιας φωτιάς. Τα αλκαλικά μέταλλα που παίρνουν φωτιά σε ένα δωμάτιο σβήνονται καλύτερα καλύπτοντάς τα με ξηρή σκόνη ανθρακικής σόδας.

Χημικές ιδιότητες:

Από χημική άποψη, το λίθιο και τα ανάλογά του είναι εξαιρετικά δραστικά μέταλλα (και η δραστηριότητά τους συνήθως αυξάνεται προς την κατεύθυνση από το Li προς το Cs). Σε όλες τις ενώσεις, τα αλκαλιμέταλλα είναι μονοσθενή. Βρίσκονται στο άκρο αριστερά της σειράς τάσης, αλληλεπιδρούν ενεργειακά με το νερό σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα:

2E + 2H 2 O = 2EON + H 2

Όταν αντιδρά με Li και Na, η απελευθέρωση υδρογόνου δεν συνοδεύεται από την ανάφλεξή του· για το K συμβαίνει ήδη και για τα Rb και Cs η αλληλεπίδραση προχωρά με έκρηξη.

· Σε επαφή με τον αέρα, φρέσκα τμήματα Na και K (σε μικρότερο βαθμό, Li) καλύπτονται αμέσως με ένα χαλαρό φιλμ προϊόντων οξείδωσης. Λαμβάνοντας υπόψη αυτό, το Na και το K αποθηκεύονται συνήθως υπό κηροζίνη. Το Na και το K που θερμαίνονται στον αέρα αναφλέγονται εύκολα, ενώ το ρουβίδιο και το καίσιο αναφλέγονται αυθόρμητα ακόμη και σε συνηθισμένες θερμοκρασίες.

4E+O 2 → 2E 2 O (για λίθιο)

2E+O 2 →E 2 O 2 (για νάτριο)

E+O 2 →EO 2(για κάλιο, ρουβίδιο και καίσιο)

Πρακτική εφαρμογή βρίσκεται κυρίως στο υπεροξείδιο του νατρίου (Na 2 0 2). Τεχνικά, λαμβάνεται με οξείδωση στους 350°C ψεκασμένου μετάλλου νατρίου:

2Na+O 2 →Na 2 O 2 +122 kcal

· Τα τήγματα απλών ουσιών είναι ικανά να συνδυάζονται με αμμωνία για να σχηματίσουν αμίδια και ιμίδια, διαλύτωμα:

Τήγμα 2Na +2NH 3 →2NaNH 2 +H 2 (αμίδιο του νατρίου)

τήγμα 2Na +NH 3 →Na 2 NH+H 2 (ιμίδιο νατρίου)

Τήγμα Na +6NH 3 → (διαλυτωμένο νάτριο)

Όταν τα υπεροξείδια αλληλεπιδρούν με το νερό, εμφανίζεται η ακόλουθη αντίδραση:

2E 2 O 2 +2H 2 O=4EOH+O 2

Η αλληλεπίδραση του Na 2 O 2 με το νερό συνοδεύεται από υδρόλυση:

Na 2 O 2 +2H 2 O→2NaOH + H 2 O 2 +34 kcal

Αυτό είναι ενδιαφέρον:

ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗNa 2 O 2 με διοξείδιο του άνθρακα σύμφωνα με το σχήμα

2Na 2 O 2 + 2CO 2 =2Na 2 CO 3 +O 2 +111 kcal

χρησιμεύει ως βάση για τη χρήση του υπεροξειδίου του νατρίου ως πηγή οξυγόνου σε μονωτικές μάσκες αερίων και σε υποβρύχια. Καθαρό ή που περιέχει διάφορα πρόσθετα (για παράδειγμα, χλωρίνη αναμεμειγμένη με άλατα Ni ή Cu) το υπεροξείδιο του νατρίου έχει την τεχνική ονομασία «οξυλιτόλη». Τα μικτά παρασκευάσματα οξυλίτου είναι ιδιαίτερα βολικά για την απόκτηση οξυγόνου, το οποίο απελευθερώνουν υπό την επίδραση του νερού. Η οξυλιτόλη συμπιεσμένη σε κύβους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ληφθεί ομοιόμορφη ροή οξυγόνου σε μια συμβατική συσκευή για την παραγωγή αερίων.

Na 2 O 2 +H 2 O=2NaOH+O 0 (απελευθερώνεται ατομικό οξυγόνο λόγω της αποσύνθεσης του υπεροξειδίου του υδρογόνου).

υπεροξείδιο του καλίου ( ΚΟ 2) περιλαμβάνεται συχνά στην οξυλιτόλη. Η αλληλεπίδρασή του με το διοξείδιο του άνθρακα σε αυτή την περίπτωση ακολουθεί τη συνολική εξίσωση:

Na 2 O 2 + 2KO 2 + 2CO 2 = Na 2 CO 3 + K 2 CO 3 + 2O 2 + 100 kcal, δηλαδή το διοξείδιο του άνθρακα αντικαθίσταται από ίσο όγκο οξυγόνου.

· Ικανό να σχηματίζει οζονίδια. Ο σχηματισμός του οζονιδίου του καλίου-KO 3 ακολουθεί την εξίσωση:

4KOH+3O 3 = 4KO 3 + O 2 +2H 2 O

Είναι μια κόκκινη κρυσταλλική ουσία και είναι ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Κατά την αποθήκευση, το KO 3 αποσυντίθεται αργά σύμφωνα με την εξίσωση 2NaO 3 →2NaO 2 +O 2 +11 kcalήδη υπό κανονικές συνθήκες. Αποσυντίθεται αμέσως με νερό σύμφωνα με το συνολικό σχήμα 4 KO 3 +2 H 2 O=4 KOH +5 O 2

· Ικανότητα να αντιδρά με το υδρογόνο για να σχηματίσει ιοντικά υδρίδια, σύμφωνα με το γενικό σχήμα:

Η αλληλεπίδραση του υδρογόνου με τα θερμαινόμενα αλκαλιμέταλλα είναι πιο αργή από ότι με τα μέταλλα των αλκαλικών γαιών. Στην περίπτωση του Li, απαιτείται θέρμανση στους 700-800 °C, ενώ τα ανάλογα του αλληλεπιδρούν ήδη στους 350-400 °C. Τα υδρίδια αλκαλιμετάλλων είναι πολύ ισχυροί αναγωγικοί παράγοντες. Η οξείδωσή τους από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε ξηρή κατάσταση είναι σχετικά αργή, αλλά παρουσία υγρασίας η διαδικασία επιταχύνεται τόσο πολύ που μπορεί να οδηγήσει σε αυθόρμητη ανάφλεξη του υδριδίου. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τα υδρίδια K, Rb και Cs. Μια βίαιη αντίδραση εμφανίζεται με το νερό σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα:

EN+ H 2 O= H 2 +EON

EH+O 2 →2EOH

Όταν το NaH ή το KH αντιδρούν με το διοξείδιο του άνθρακα, σχηματίζεται το αντίστοιχο άλας του μυρμηκικού οξέος:

NaH+CO 2 →HCOONa

Δυνατότητα σχηματισμού συμπλεγμάτων:

NaH+AlCl 3 → NaAlH 4 +3NaCl (αλανικό νάτριο)

NaAlH 4 → NaH + AlH 3

Μπορούν να παρασκευαστούν κανονικά οξείδια αλκαλιμετάλλων (με εξαίρεση το Li 2 0). μόνο έμμεσα . Είναι στερεά με τα ακόλουθα χρώματα:

Na2O+2HCl=2NaCl+H2O

Τα υδροξείδια αλκαλιμετάλλων (EOH) είναι άχρωμες, πολύ υγροσκοπικές ουσίες που διαβρώνουν τα περισσότερα υλικά που έρχονται σε επαφή μαζί τους. Εξ ου και το όνομά τους που χρησιμοποιείται μερικές φορές στην πράξη - καυστικά αλκάλια. Όταν εκτίθεται σε αλκάλια, το δέρμα του ανθρώπινου σώματος διογκώνεται πολύ και γίνεται ολισθηρό. με μεγαλύτερη δράση, σχηματίζεται ένα πολύ επώδυνο βαθύ έγκαυμα. Τα καυστικά αλκάλια είναι ιδιαίτερα επικίνδυνα για τα μάτια (συνιστάται να φοράτε γυαλιά ασφαλείας όταν εργάζεστε). Οποιοδήποτε αλκάλιο πέσει στα χέρια ή το φόρεμά σας θα πρέπει να ξεπλυθεί αμέσως με νερό, στη συνέχεια η πληγείσα περιοχή πρέπει να υγρανθεί με ένα πολύ αραιό διάλυμα οποιουδήποτε οξέος και να ξεπλυθεί ξανά με νερό.

Όλα είναι σχετικά εύτηκτα και πτητικά χωρίς αποσύνθεση (εκτός από το LiOH, που εξαλείφει το νερό). υδροξείδιο-αλκαλιμέταλλα Χρησιμοποιούνται κυρίως ηλεκτρολυτικές μέθοδοι. Η πιο μεγάλης κλίμακας παραγωγή είναιηλεκτρόλυση υδροξειδίου του νατρίου συμπυκνωμένο υδατικόΔιάλυμα επιτραπέζιου αλατιού:

2NaCl+2H2O→2NaOH+Cl2 +H2

Ø Είναι τυπικοί λόγοι:

NaOH+HCl=NaCl+H2O

2NaOH+CO 2 =Na 2 CO 3 + H 2 O

2NaOH+2NO 2 =NaNO 3 +NaNO 2 + H 2 O

Ø Ικανότητα σχηματισμού συμπλεγμάτων:

NaOH+ZnCl 2 = (ZnOH)Cl+NaCl

2Al+2NaOH+6H 2 O=2Na+3H 2

Al 2 O 3 + 6NaOH = 2Na 3 AlO 3 + 3H 2 O

Al(OH) 3 +NaOH=Na

Ø Ικανότητα να αντιδρά με αμέταλλα:

Cl 2 +2KOH=KCl+KClO+H 2 O (η αντίδραση συμβαίνει χωρίς θέρμανση)

Cl 2 +6KOH=5KCl+KClO 3 +3H 2 O (η αντίδραση γίνεται με θέρμανση)

3S+6NaOH=2Na 2 S+Na 2 SO 3 +3H 2 O

Ø Χρησιμοποιείται στην οργανική σύνθεση (ιδίως, υδροξείδιο του καλίου και του νατρίου, το υδροξείδιο του νατρίου αναφέρεται στα παραδείγματα):

NaOH+C2H5Cl=NaCl+C2H4 (μέθοδος για την παραγωγή αλκενίων, αιθυλενίου (αιθενίου) σε αυτή την περίπτωση), χρησιμοποιήθηκε αλκοολικό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου.

NaOH+C 2 H 5 Cl = NaCl + C 2 H 5 OH(μια μέθοδος για την παραγωγή αλκοολών, αιθανόλης σε αυτή την περίπτωση), χρησιμοποιήθηκε ένα υδατικό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου.

2NaOH+C2H5Cl=2NaCl+C2H2+H2O (μέθοδος για την παραγωγή αλκυνίων, ακετυλενίου (αιθίνιο) σε αυτή την περίπτωση), χρησιμοποιήθηκε αλκοολικό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου.

C 6 H 5 OH (φαινόλη) + NaOH = C 6 H 5 ONa + H 2 O

NaOH(+CaO)+CH 3 COONa→ Na 2 CO 3 CH 4 (μία από τις μεθόδους για την παραγωγή μεθανίου)

Ø Πρέπει να γνωρίζετε την αποσύνθεση πολλών αλάτων:

2KNO 3 →2KNO 2 +O 2

4KClO 3→ KCl+3KClO 4

2KClO 3→ KCl+3O 2

4Na 2 SO 3 → Na 2 S + 3Na 2 SO 4

Αξίζει να σημειωθεί ότι η αποσύνθεση των νιτρικών συμβαίνει περίπου στην περιοχή των 450-600 ℃, στη συνέχεια λιώνουν χωρίς αποσύνθεση, αλλά όταν φτάνουν περίπου τους 1000-1500 ℃, η αποσύνθεση συμβαίνει σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα:

4LiNO 2 →2Li 2 O+4NO+O 2

Αυτό είναι ενδιαφέρον:

κ 4 [ Fe(ΣΟ) 6 ]+ FeCl 3 = KFe[ Fe(ΣΟ) 6 ]+3 KCl(ποιοτική αντίδραση σεFe3+)

3K 4 +4FeCl 3 =Fe 4 3 +12KCl

Na 2 O 2 +2H 2 O = 2 NaOH + H 2 O 2

4NaO 2 +2H 2 O = 4 NaOH + 3O 2

4NaO 3 +2H2O=4NaOH+5O2 (αντίδραση του οζονιδίου του νατρίου με νερό )

2NaO 3 → 2NaO 2 +O 2(Η αποσύνθεση συμβαίνει σε διαφορετικές θερμοκρασίες, για παράδειγμα: αποσύνθεση του οζονιδίου νατρίου στους -10 °C, οζονίδιο καισίου στους +100°C)

NaNH2 +H2O→ NaOH+NH3

Na 2NH+2H2O→ 2NaOH+NH3

Na 3N+3H2O→3NaOH+NH3

KNO 2 +2Al+KOH+5H 2 O→2K+NH 3

2NaI + Na 2 O 2 + 2H 2 SO 4 →I 2 ↓+ 2Na 2 SO 4 + 2H 2 O

Fe 3 O 4 +4NaH=4NaOH+3Fe

5NaN 3 +NaNO 3 →8N 2 +3Na 2 O

Εφαρμογή:

Το νάτριο χρησιμοποιείται ευρέως στη σύνθεση οργανικών ενώσεων και, εν μέρει, για την παρασκευή ορισμένων από τα παράγωγά του. Στην πυρηνική τεχνολογία χρησιμοποιείται ως ψυκτικό.

Το λίθιο είναι απολύτως εξαιρετικής σημασίας για τη θερμοπυρηνική τεχνολογία. Στη βιομηχανία καουτσούκ χρησιμοποιείται στην παραγωγή τεχνητού καουτσούκ (ως καταλύτης πολυμερισμού), στη μεταλλουργία - ως πολύτιμο πρόσθετο σε ορισμένα άλλα μέταλλα και κράματα. Για παράδειγμα, η προσθήκη μόνο εκατοστών του τοις εκατό λιθίου αυξάνει σημαντικά τη σκληρότητα του αλουμινίου και των κραμάτων του και η προσθήκη λιθίου 0,4% στον μόλυβδο σχεδόν τριπλασιάζει τη σκληρότητά του χωρίς να διακυβεύεται η αντίσταση κάμψης. Υπάρχουν ενδείξεις ότι ένα παρόμοιο πρόσθετο καισίου βελτιώνει πολύ τις μηχανικές ιδιότητες του μαγνησίου και το προστατεύει από τη διάβρωση, αλλά αυτό δεν συμβαίνει με τη χρήση του. Το υδρίδιο του νατρίου χρησιμοποιείται μερικές φορές στη μεταλλουργία για την απομόνωση σπάνιων μετάλλων από τις ενώσεις τους. Το διάλυμά του 2% σε λιωμένο NaOH χρησιμοποιείται για την αφαίρεση αλάτων από προϊόντα χάλυβα (μετά από ένα λεπτό μούλιασμα σε αυτό, το ζεστό προϊόν βυθίζεται σε νερό, το οποίο μειώνεται σύμφωνα με την εξίσωση

Fe 3 O 4 + 4NaH = 4NaOH + 3Fe (η κλίμακα εξαφανίζεται).

Σχηματικό διάγραμμα εργοστασιακής εγκατάστασης παραγωγής σόδας από αμμωνίαμέθοδος (Solvay, 1863).

Ο ασβεστόλιθος εκτοξεύεται στον κλίβανο (L) και το CO 2 που προκύπτει εισέρχεται στον πύργο ανθρακοποίησης (Β) και το CaO σβήνεται με νερό (C), μετά το οποίο το Ca(OH) 2 αντλείται στον αναμικτήρα (D), όπου συναντά NH 4 Cl , απελευθερώνει αμμωνία. Το τελευταίο εισέρχεται στον απορροφητή (D) και κορεσμένο εκεί ένα ισχυρό διάλυμα NaCl, το οποίο στη συνέχεια αντλείται στον πύργο ενανθράκωσης, όπου, όταν αλληλεπιδρούν με το CO 2, σχηματίζονται NaHC0 3 και NH 4 Cl. Το πρώτο άλας κατακρημνίζεται σχεδόν πλήρως και συγκρατείται στο φίλτρο κενού (Ε) και το δεύτερο αντλείται πίσω στον αναμικτήρα (D). Έτσι, NaCl και ασβεστόλιθος καταναλώνονται συνεχώς και λαμβάνονται NaHC0 3 και CaCl 2 (το τελευταίο με τη μορφή απορριμμάτων παραγωγής). Το διττανθρακικό νάτριο στη συνέχεια μεταφέρεται με θέρμανση σε σόδα.

Επιμέλεια: Galina Nikolaevna Kharlamova