Logam alkali merupakan zat sederhana. Logam alkali dan senyawanya

Struktur lapisan elektronik terluar pada atom unsur golongan I memungkinkan kita, pertama-tama, berasumsi bahwa unsur tersebut tidak memiliki kecenderungan untuk menambah elektron. Di sisi lain, donasi satu elektron terluar, tampaknya, terjadi dengan sangat mudah dan mengarah pada pembentukan kation monovalen yang stabil dari unsur-unsur tersebut.

Pengalaman menunjukkan bahwa asumsi ini sepenuhnya dibenarkan hanya dalam kaitannya dengan elemen kolom kiri (Li, Tidak, K dan analognya). Untuk tembaga dan analognya, pernyataan tersebut hanya setengah benar: dalam arti tidak adanya kecenderungan untuk menambahkan elektron. Pada saat yang sama, lapisan 18 elektronnya, yang terjauh dari inti, ternyata belum sepenuhnya terfiksasi dan, dalam kondisi tertentu, mampu kehilangan sebagian elektron. Yang terakhir ini memungkinkan keberadaannya, bersama dengan C. monovalenkamu, Agustusdan Akamujuga senyawa unsur-unsur yang dipertimbangkan, sesuai dengan valensinya yang lebih tinggi.

Kesenjangan antara asumsi yang diperoleh dari model atom dan hasil eksperimen menunjukkan bahwa pertimbangan sifat-sifat unsur didasarkan padahanyastruktur elektronik atom tanpa memperhitungkan ciri-ciri lain tidak selalu cukup untuk karakterisasi kimia unsur-unsur ini bahkan dalam istilah yang paling kasar sekalipun.

Logam alkali.

Nama logam alkali yang diterapkan pada unsur-unsur deret Li-Cs disebabkan oleh fakta bahwa hidroksidanya merupakan basa kuat. Sodium Dan kalium merupakan salah satu unsur yang paling umum, masing-masing berjumlah 2,0 dan 1,1% dari jumlah total atom di kerak bumi. Isi di dalamnya litium (0,02%), rubidium (0,004%) dan sesium (0,00009%) sudah jauh lebih kecil, dan Perancis - dapat diabaikan. Unsur Na dan K baru diisolasi pada tahun 1807. Litium ditemukan pada tahun 1817, cesium dan rubidium - masing-masing pada tahun 1860 dan 1861. Unsur No. 87 - fransium - ditemukan pada tahun 1939, dan menerima namanya pada tahun 1946. Natrium dan cesium alami merupakan unsur “murni” (23 Na dan 133 Cs), litium tersusun dari isotop 6 Li (7,4%) dan 7 Li (92,6%), kalium tersusun dari isotop 39 K (93,22%).
40 K (0,01%) dan 41 K (6,77%), rubidium - dari isotop 85 Rb (72,2%) dan 87 Rb (27,8%). Dari isotop fransium, yang paling penting adalah 223 Fr yang terbentuk secara alami (umur rata-rata sebuah atom adalah 32 menit).

Prevalensi:

Hanya senyawa logam alkali yang ditemukan di alam. Natrium dan kalium merupakan unsur permanen dari banyak silikat. Dari masing-masing mineral, natrium adalah yang paling penting - garam (NaCl) merupakan bagian dari air laut dan pada daerah tertentu di permukaan bumi membentuk endapan garam batu dalam jumlah besar di bawah lapisan batuan aluvial. Lapisan atas endapan tersebut terkadang mengandung akumulasi garam kalium dalam bentuk lapisan silvinit (mKCl∙nNaCl), ka rnalit (KCl MgCl 2 6H 2 O), dll, yang berfungsi sebagai sumber utama untuk memperoleh senyawa unsur ini. Hanya sedikit akumulasi alami garam kalium yang memiliki kepentingan industri yang diketahui. Sejumlah mineral diketahui mengandung litium, namun akumulasinya jarang terjadi. Rubidium dan cesium terjadi hampir secara eksklusif sebagai pengotor dalam kalium. Jejak Perancis selalu terkandung di dalamnya bijih uranium . Mineral litium, misalnya, spodumene Dan lepidolit (Li 2 KAl). Bagian dari potasium di dalamnya kadang-kadang digantikan oleh rubidium. Hal yang sama berlaku untuk karnalit, yang dapat menjadi sumber rubidium yang baik. Mineral yang relatif langka ini paling penting untuk teknologi cesium mencemari - CsAI(SiO3) 2.

Kuitansi:

Dalam keadaan bebasnya, logam alkali dapat diisolasi dengan elektrolisis garam klorida cairnya. Natrium memiliki kepentingan praktis yang utama, produksi dunia tahunannya lebih dari 200 ribu ton Diagram instalasi untuk produksinya dengan elektrolisis lelehan NaCl ditunjukkan di bawah ini. Bak mandi terdiri dari selubung baja dengan lapisan fireclay, anoda grafit (A) dan katoda besi annular (K), di antaranya terdapat diafragma jaring. Elektrolitnya biasanya bukan NaCl murni (mp 800 ℃), tetapi campuran yang lebih mudah melebur sekitar 40% NaCl dan 60% CaCl 2, sehingga memungkinkan untuk bekerja pada suhu sekitar 580 ° C. Natrium logam, yang terkumpul di bagian atas ruang katoda annular dan masuk ke kolektor, mengandung sedikit (hingga 5%) campuran kalsium, yang kemudian dilepaskan hampir seluruhnya (kelarutan Ca dalam natrium cair pada titik lelehnya poinnya hanya 0,01%). Saat elektrolisis berlangsung, NaCl ditambahkan ke dalam bak mandi. Konsumsi listrik sekitar 15 kWh per 1 kg Na.

2NaCl→ 2Na+Cl 2

Ini menarik:

Sebelum metode elektrolitik diperkenalkan ke dalam praktik, natrium logam diperoleh dengan memanaskan soda dengan batu bara sesuai dengan reaksi:

Na 2 CO 3 +2C+244kkal→2Na+3CO

Produksi logam K dan Li jauh lebih sedikit dibandingkan produksi natrium. Litium diperoleh dengan elektrolisis lelehan LiCl + KCl, dan kalium diperoleh dengan aksi uap natrium pada lelehan KCl, yang mengalir berlawanan arah ke kolom distilasi khusus (dari bagian atasnya keluar uap kalium). Rubidium dan cesium hampir tidak pernah ditambang dalam skala besar. Untuk memperoleh logam-logam ini dalam jumlah kecil, akan lebih mudah jika menggunakan pemanasan kloridanya dengan kalsium logam dalam ruang hampa.

2LiCl→2Li+Cl 2

Properti fisik:

Dengan tidak adanya udara, litium dan analognya berwarna putih keperakan (kecuali cesium kekuningan) dengan kilau logam yang kurang lebih kuat. Semua logam alkali dicirikan oleh kepadatan rendah, kekerasan rendah, titik leleh dan titik didih rendah, dan konduktivitas listrik yang baik. Konstanta terpentingnya dibandingkan di bawah ini:

Karena kepadatannya yang rendah, Li, Na dan K mengapung di atas air (bahkan Li di atas minyak tanah). Logam alkali mudah dipotong dengan pisau, dan kekerasan yang paling lembut - cesium - tidak melebihi kekerasan lilin. Nyala api pembakar gas yang tidak bercahaya diwarnai oleh logam alkali dan senyawa volatilnya dalam warna yang khas, dengan warna kuning cerah yang melekat pada natrium adalah yang paling pekat.

Ini menarik:

Diwujudkan secara eksternal dalam bentuk pewarnaan nyala api, pancaran sinar cahaya oleh atom logam alkali yang dipanaskan disebabkan oleh lompatan elektron dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah. Misalnya, karakteristik garis kuning pada spektrum natrium muncul ketika elektron melompat dari level 3p ke level 3s. Jelasnya, agar lompatan seperti itu dapat terjadi, diperlukan eksitasi awal atom, yaitu transfer satu atau lebih elektronnya ke tingkat energi yang lebih tinggi. Dalam kasus yang dipertimbangkan, eksitasi dicapai karena panas nyala api (dan memerlukan pengeluaran sebesar 48 kkal/g-atom); secara umum, eksitasi dapat dihasilkan dari pemberian berbagai jenis energi ke atom. Logam alkali lainnya menyebabkan munculnya warna nyala berikut: Li - merah tua, K-ungu, Rb - merah kebiruan, Cs - biru.

Spektrum pendaran langit malam menunjukkan adanya radiasi natrium kuning yang konstan. Ketinggian tempat asalnya diperkirakan 200-300 km.T. Artinya, atmosfer pada ketinggian tersebut mengandung atom natrium (tentu saja, dalam jumlah yang dapat diabaikan). Terjadinya radiasi dijelaskan oleh sejumlah proses dasar (tanda bintang menunjukkan keadaan tereksitasi; M adalah partikel ketiga - O 2, O 0, N 2, dll.): Na + O 0 + M = NaO + M* , lalu NaO + O=O 2 + Na* dan terakhir Na*= Na +λν.

Natrium dan kalium sebaiknya disimpan dalam wadah tertutup rapat di bawah lapisan minyak tanah yang kering dan netral. Kontaknya dengan asam, air, senyawa organik terklorinasi, dan karbon dioksida padat tidak dapat diterima. Jangan menumpuk sisa kalium kecil, yang mudah teroksidasi (karena permukaannya yang relatif besar). Residu kalium dan natrium yang tidak terpakai dalam jumlah kecil dihancurkan melalui interaksi dengan alkohol berlebih, dalam jumlah besar - dengan dibakar di atas bara api. Logam alkali yang mudah terbakar di dalam ruangan paling baik dipadamkan dengan menutupinya dengan bubuk soda abu kering.

Sifat kimia:

Dari sudut pandang kimia, litium dan analognya adalah logam yang sangat reaktif (dan aktivitasnya biasanya meningkat dari Li ke Cs). Dalam semua senyawa, logam alkali bersifat monovalen. Terletak di paling kiri rangkaian tegangan, mereka berinteraksi secara energik dengan air sesuai dengan skema berikut:

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

Ketika bereaksi dengan Li dan Na, pelepasan hidrogen tidak disertai dengan penyalaannya, untuk K sudah terjadi, dan untuk Rb dan Cs interaksinya berlanjut dengan ledakan.

· Jika terkena udara, bagian segar Na dan K (pada tingkat lebih rendah, Li) segera ditutupi dengan lapisan tipis produk oksidasi. Oleh karena itu, Na dan K biasanya disimpan di bawah minyak tanah. Na dan K yang dipanaskan di udara mudah terbakar, sedangkan rubidium dan cesium terbakar secara spontan bahkan pada suhu biasa.

4E+O 2 →2E 2 O (untuk litium)

2E+O 2 →E 2 O 2 (untuk natrium)

E+O 2 →EO 2(untuk potasium, rubidium dan cesium)

Aplikasi praktis terutama ditemukan pada natrium peroksida (Na 2 0 2). Secara teknis, ia diperoleh melalui oksidasi logam natrium yang diatomisasi pada suhu 350°C:

2Na+O 2 →Na 2 O 2 +122kkal

· Lelehan zat sederhana mampu bergabung dengan amonia membentuk Amida dan Imida, Solvat:

2Na meleleh +2NH 3 →2NaNH 2 +H 2 (natrium tengah)

2Na meleleh +NH 3 →Na 2 NH+H 2 (natrium imida)

Na meleleh +6NH 3 → (natrium solvat)

Ketika peroksida berinteraksi dengan air, reaksi berikut terjadi:

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

Interaksi Na 2 O 2 dengan air disertai dengan hidrolisis:

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

Ini menarik:

InteraksiNa 2 O 2 dengan karbon dioksida sesuai skema

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

berfungsi sebagai dasar penggunaan natrium peroksida sebagai sumber oksigen dalam masker gas isolasi dan kapal selam. Murni atau mengandung berbagai bahan tambahan (misalnya pemutih yang dicampur dengan garam Ni atau Ckamu) natrium peroksida memiliki nama teknis "oxylitol". Persiapan campuran oxylit sangat berguna untuk memperoleh oksigen, yang dilepaskan di bawah pengaruh air. Oxylitol yang dikompresi menjadi kubus dapat digunakan untuk mendapatkan aliran oksigen yang seragam dalam peralatan konvensional untuk menghasilkan gas.

Na 2 O 2 +H 2 O=2NaOH+O 0 (oksigen atom dilepaskan karena penguraian hidrogen peroksida).

Kalium superoksida ( KO 2) sering dimasukkan dalam oxylitol. Interaksinya dengan karbon dioksida dalam hal ini mengikuti persamaan keseluruhan:

Na 2 O 2 + 2KO 2 + 2CO 2 = Na 2 CO 3 + K 2 CO 3 + 2O 2 + 100 kkal, yaitu karbon dioksida digantikan oleh oksigen dengan volume yang sama.

· Mampu membentuk ozonida. Pembentukan kalium ozonida-KO 3 mengikuti persamaan:

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

Ini adalah zat kristal merah dan merupakan zat pengoksidasi kuat. Selama penyimpanan, KO 3 terurai perlahan sesuai persamaan 2NaO 3 →2NaO 2 +O 2 +11 kkal sudah dalam kondisi normal. Ia langsung terurai dengan air sesuai dengan skema keseluruhan 4 KO 3 +2 H 2 O=4 KOH +5 O 2

· Mampu bereaksi dengan hidrogen membentuk hidrida ionik, menurut skema umum:

Interaksi hidrogen dengan logam alkali yang dipanaskan lebih lambat dibandingkan dengan logam alkali tanah. Dalam kasus Li, pemanasan hingga 700-800 °C diperlukan, sedangkan analognya sudah berinteraksi pada 350-400 °C. Hidrida logam alkali adalah zat pereduksi yang sangat kuat. Oksidasinya oleh oksigen atmosfer dalam keadaan kering relatif lambat, tetapi dengan adanya uap air, prosesnya semakin cepat sehingga dapat menyebabkan penyalaan hidrida secara spontan. Hal ini terutama berlaku untuk hidrida K, Rb dan Cs. Reaksi hebat terjadi dengan air sesuai dengan skema berikut:

EN+ H 2 HAI= H 2 +EON

EH+O2 →2EOH

Ketika NaH atau KH bereaksi dengan karbon dioksida, garam asam format yang sesuai terbentuk:

NaH+CO 2 →HCOONa

Mampu membentuk kompleks:

NaH+AlCl 3 →NaAlH 4 +3NaCl (natrium alanat)

NaAlH 4 → NaH+AlH 3

Oksida logam alkali normal (kecuali Li 2 0) dapat dibuat hanya secara tidak langsung . Mereka adalah padatan dengan warna berikut:

Na 2 O+2HCl=2NaCl+H 2 O

Hidroksida logam alkali (EOH) adalah zat tidak berwarna dan sangat higroskopis yang menimbulkan korosi pada sebagian besar bahan yang bersentuhan dengannya. Oleh karena itu nama mereka kadang-kadang digunakan dalam praktik - alkali kaustik. Bila terkena basa, kulit tubuh manusia membengkak dan licin; dengan tindakan yang lebih lama, luka bakar dalam yang sangat menyakitkan akan terbentuk. Alkali kaustik sangat berbahaya bagi mata (disarankan untuk memakai kacamata pengaman saat bekerja). Alkali apa pun yang mengenai tangan atau pakaian Anda harus segera dicuci dengan air, kemudian area yang terkena harus dibasahi dengan larutan asam yang sangat encer dan dibilas lagi dengan air.

Semuanya relatif mudah melebur dan mudah menguap tanpa terurai (kecuali LiOH, yang menghilangkan air). logam hidroksida-alkali Metode elektrolitik terutama digunakan. Produksi skala paling besar adalah elektrolisis natrium hidroksida berair pekat larutan garam meja:

2NaCl+2H 2 O→2NaOH+Cl 2 +H 2

Ø Apakah alasan tipikal:

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 Mampu membentuk kompleks:

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 Mampu bereaksi dengan nonlogam :

Cl 2 +2KOH=KCl+KClO+H 2 O (reaksi terjadi tanpa pemanasan)

Cl 2 +6KOH=5KCl+KClO 3 +3H 2 O (reaksi terjadi dengan pemanasan)

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

Ø Digunakan dalam sintesis organik (khususnya, kalium dan natrium hidroksida, natrium hidroksida ditunjukkan dalam contoh):

NaOH+C 2 H 5 Cl=NaCl+C 2 H 4 (metode untuk memproduksi alkena, dalam hal ini etilen (etena), digunakan larutan alkohol natrium hidroksida.

NaOH+C 2 H 5 Cl=NaCl+C 2 H 5 OH(metode untuk memproduksi alkohol, dalam hal ini etanol), larutan natrium hidroksida berair digunakan.

2NaOH+C 2 H 5 Cl=2NaCl+C 2 H 2 +H 2 O (metode untuk memproduksi alkuna, dalam hal ini asetilena (etina), digunakan larutan alkohol natrium hidroksida.

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

NaOH(+CaO)+CH 3 COONa→Na 2 CO 3 CH 4 (salah satu metode untuk memproduksi metana)

Ø Anda perlu mengetahui penguraian beberapa garam:

2KNO 3 →2KNO 2 +O 2

4KClO 3→ KCl+3KClO 4

2KClO 3→ KCl+3O 2

4Na 2 JADI 3 →Na 2 S+3Na 2 JADI 4

Patut dicatat bahwa penguraian nitrat terjadi kira-kira pada kisaran 450-600 ℃, kemudian meleleh tanpa penguraian, tetapi ketika mencapai kira-kira 1000-1500 ℃, penguraian terjadi sesuai dengan skema berikut:

4LiNO 2 →2Li 2 O+4NO+O 2

Ini menarik:

K 4 [ Fe(CN) 6 ]+ FeCl 3 = KFe[ Fe(CN) 6 ]+3 KCl(reaksi kualitatif terhadapFe3+)

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

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

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

4NaO3 +2H 2 O=4NaOH+5O 2 (reaksi natrium ozonida dengan air )

2NaO 3 → 2NaO 2 +O 2(Penguraian terjadi pada suhu yang berbeda, misalnya: penguraian natrium ozonida pada -10 °C, cesium ozonida pada +100 °C)

NaNH 2 +H 2 O→ NaOH+NH 3

Na 2 NH+2H 2 O→ 2NaOH+NH 3

Na 3 N+3H 2 O→3NaOH+NH 3

KNO 2 +2Al+KOH+5H 2 O→2K+NH 3

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

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

5NaN 3 +NaNO 3 →8N 2 +3Na 2 O

Aplikasi:

Natrium banyak digunakan dalam sintesis senyawa organik dan, sebagian, untuk pembuatan beberapa turunannya. Dalam teknologi nuklir digunakan sebagai pendingin.

Lithium sangat penting untuk teknologi termonuklir. Dalam industri karet, digunakan dalam produksi karet buatan (sebagai katalis polimerisasi), dalam metalurgi - sebagai bahan tambahan yang berharga untuk beberapa logam dan paduan lainnya. Misalnya, menambahkan hanya seperseratus persen litium akan sangat meningkatkan kekerasan aluminium dan paduannya, dan menambahkan 0,4% litium ke timbal akan meningkatkan kekerasannya hampir tiga kali lipat tanpa mengurangi ketahanan terhadap tekukan. Ada indikasi bahwa aditif cesium serupa sangat meningkatkan sifat mekanik magnesium dan melindunginya dari korosi, namun tidak demikian halnya dengan penggunaannya. Natrium hidrida terkadang digunakan dalam metalurgi untuk mengisolasi logam langka dari senyawanya. Larutan 2% dalam NaOH cair digunakan untuk menghilangkan kerak dari produk baja (setelah satu menit disimpan di dalamnya, produk panas direndam dalam air, yang direduksi sesuai persamaan

Fe 3 O 4 + 4NaH = 4NaOH + 3Fe (kerak hilang).

Diagram skema instalasi pabrik untuk memproduksi soda oleh amoniametode (Solvay, 1863).

Batu kapur dibakar dalam tungku (L), dan CO 2 yang dihasilkan memasuki menara karbonisasi (B), dan CaO dipadamkan dengan air (C), setelah itu Ca(OH) 2 dipompa ke dalam mixer (D), dimana ia bertemu dengan NH 4 Cl , ini melepaskan amonia. Yang terakhir memasuki penyerap (D) dan menjenuhkan larutan NaCl kuat di sana, yang kemudian dipompa ke menara karbonisasi, di mana, ketika berinteraksi dengan CO 2, NaHCO 3 dan NH 4 Cl terbentuk. Garam pertama hampir seluruhnya diendapkan dan tertahan pada filter vakum (E), dan garam kedua dipompa kembali ke dalam mixer (D). Dengan demikian, NaCl dan batu kapur terus dikonsumsi, dan diperoleh NaHCO 3 dan CaCl 2 (yang terakhir dalam bentuk limbah produksi). Natrium bikarbonat kemudian ditransfer dengan pemanasan menjadi soda.

Editor: Galina Nikolaevna Kharlamova

Bagikan di jejaring sosial!

Nilai artikel ini:

(1 peringkat, rata-rata: 5,00 dari 5)

Memuat...

Artikel yang bermanfaat

Salad dengan daging sapi dan plum

Salad dengan ayam asap dan keju olahan Salad dengan ayam dan keju olahan

Resep karangan bunga Paskah dengan foto Majalah karangan bunga Paskah Saya suka memasak