Alkali metaller basit maddelerdir. Alkali metaller ve bileşikleri

Alkali metaller, kimyasal elementlerin periyodik tablosunun 1. grubunda yer alan elementlerin ortak adıdır. Bileşimi lityum (Li), sodyum (Na), potasyum (K), rubidyum (Rb), sezyum (Cs), francium (Fr) ve varsayımsal element ununenium'dur (Uue). Grubun adı, alkali reaksiyonuna ve tadına sahip olan, çözünebilir sodyum ve potasyum hidroksitlerin adından gelmektedir. Elementlerin atomlarının yapısının genel özelliklerini, özelliklerini, basit maddelerin üretimini ve kullanımını göz önünde bulundurun.

Eski ve yeni grup numaralandırması

Eski numaralandırma sistemine göre periyodik tablonun en soldaki dikey sütununu kaplayan alkali metaller I-A grubuna aittir. 1989'da Uluslararası Kimya Birliği (IUPAC) ana seçenek olarak farklı bir seçenek (uzun vadeli) önerdi. Alkali metaller yeni sınıflandırma ve sürekli numaralandırmaya göre 1. gruba aittir. Bu seti 2. periyodun temsilcisi lityum açıyor, 7. periyodun radyoaktif elementi francium ise tamamlıyor. 1. grubun tüm metalleri, atomların dış kabuğunda kolayca vazgeçebilecekleri (geri kazanabilecekleri) bir s-elektronuna sahiptir.

Alkali metal atomlarının yapısı

1. grubun elemanları, önceki inert gazın yapısını tekrarlayan ikinci bir enerji seviyesinin varlığı ile karakterize edilir. Lityumun sondan bir önceki katmanda 2 elektronu vardır, geri kalanların her birinde 8 elektron vardır. Kimyasal reaksiyonlarda atomlar kolayca harici bir s-elektronu vererek enerji açısından uygun bir soy gaz konfigürasyonu elde ederler. 1. grubun elemanları küçük iyonizasyon enerjisi ve elektronegatiflik (EO) değerlerine sahiptir. Kolayca tek yüklü pozitif iyonlar oluştururlar. Lityumdan fransiyuma geçişte proton ve elektron sayısı yani atomun yarıçapı artar. Rubidyum, sezyum ve fransiyum, grupta kendilerinden önce gelen elementlere göre daha kolay bir dış elektron bağışlar. Sonuç olarak grupta yukarıdan aşağıya doğru onarıcı kapasite artar.

Alkali metallerin kolay oksitlenebilirliği, 1. grubun elementlerinin doğada tek yüklü katyonlarının bileşikleri şeklinde bulunmasına yol açar. Yerkabuğunun sodyum içeriği %2,0, potasyum ise %1,1'dir. İçindeki diğer elementler küçük miktarlardadır, örneğin, francium rezervleri - 340 g Sodyum klorür, deniz suyunda, tuzlu göllerin ve haliçlerin tuzlu suyunda çözünür, kaya veya genel tuz birikintileri oluşturur. Halitin yanı sıra silvinit NaCl de oluşur. KCl ve silvin KCl. Feldspat, potasyum alüminosilikat K2 tarafından oluşturulur. Sodyum karbonat birçok gölün suyunda çözünmüş olup, elementin sülfat rezervleri Hazar Denizi'nin (Kara-Boğaz-Göl) sularında yoğunlaşmıştır. Şili'de (Şili güherçilesi) sodyum nitrat yatakları vardır. Sınırlı sayıda doğal olarak oluşan lityum bileşikleri vardır. Rubidyum ve sezyum, 1. gruptaki elementlerin bileşiklerinde yabancı maddeler olarak bulunur ve uranyum cevherlerinin bileşiminde fransiyum bulunur.

Alkali metal keşif dizisi

İngiliz kimyager ve fizikçi G. Davy, 1807'de alkali eriyiklerinin elektrolizini gerçekleştirdi ve ilk kez serbest formda sodyum ve potasyum elde etti. 1817'de İsveçli bilim adamı Johann Arfvedson minerallerde lityum elementini keşfetti ve 1825'te G. Davy saf metali izole etti. Rubidyum ilk kez 1861'de R. Bunsen ve G. Kirchhoff tarafından keşfedildi. Alman araştırmacılar alüminosilikatların bileşimini analiz ettiler ve spektrumda yeni bir elemente karşılık gelen kırmızı bir çizgi elde ettiler. 1939'da Paris Radyoaktivite Enstitüsü'nün bir çalışanı olan Marguerite Pere, bir francium izotopunun varlığını tespit etti. Ayrıca elemente memleketinin onuruna da isim verdi. Ununenniyum (eca-fransiyum), atom numarası 119 olan yeni bir atom türünün geçici adıdır. Geçici olarak Uue kimyasal sembolü kullanılır. 1985'ten beri araştırmacılar 8. periyotta birinci, 1. grupta yedinci olacak yeni bir elementi sentezlemeye çalışıyorlar.

Alkali metallerin fiziksel özellikleri

Neredeyse tüm alkali metaller gümüşi beyaz renktedir ve yeni kesildiğinde metalik bir parlaklığa sahiptir (sezyum altın sarısıdır). Havada parlaklık kaybolur, gri bir film belirir, lityumda yeşilimsi siyahtır. Bu metal, gruptaki komşuları arasında en yüksek sertliğe sahiptir ancak Mohs ölçeğini açan en yumuşak mineral olan talktan daha düşüktür. Sodyum ve potasyum kolaylıkla bükülebilir, kesilebilir. Rubidyum, sezyum ve francium saf hallerinde macunsu bir kütleyi temsil eder. Alkali metallerin erimesi nispeten düşük bir sıcaklıkta gerçekleşir. Lityum için bu değer 180,54 °C'ye ulaşır. Sodyum 97,86°C'de, potasyum 63,51°C'de, rubidyum 39,32°C'de ve sezyum 28,44°C'de erir. Alkali metallerin yoğunluğu ilgili maddelerden daha azdır. Lityum gazyağı içinde yüzer, suyun yüzeyine yükselir, potasyum ve sodyum da içinde yüzer.

Kristal durumu

Alkali metallerin kristalleşmesi kübik singonide (vücut merkezli) meydana gelir. Bileşimindeki atomlar, elektronların geçebileceği serbest seviyelere kadar bir iletim bandına sahiptir. Özel bir kimyasal bağ (metalik) gerçekleştiren bu aktif parçacıklardır. Enerji seviyelerinin yapısının ortaklığı ve kristal kafeslerin doğası, 1. grubun elemanlarının benzerliğini açıklamaktadır. Lityumdan sezyuma geçişte elementlerin atomlarının kütleleri artar, bu da yoğunluğun düzenli bir şekilde artmasına ve diğer özelliklerin değişmesine yol açar.

Alkali metallerin kimyasal özellikleri

Alkali metal atomlarındaki tek dış elektron, çekirdeğe zayıf bir şekilde çekilir, bu nedenle düşük iyonlaşma enerjisi, negatif veya sıfıra yakın elektron ilgisi ile karakterize edilirler. İndirgeyici aktiviteye sahip 1. grubun elemanları pratik olarak oksitleme kabiliyetine sahip değildir. Grupta yukarıdan aşağıya doğru kimyasal reaksiyonlarda aktivite artar:

Alkali metallerin üretimi ve kullanımı

1. gruba ait metaller endüstride halojenürlerinin ve diğer doğal bileşiklerinin eriyiklerinin elektrolizi ile üretilir. Katottaki pozitif iyonlar elektrik akımıyla ayrıştırıldığında elektron kazanır ve serbest metale indirgenir. Anyon karşıt elektrotta oksitlenir.

Hidroksit eriyiklerinin elektrolizi sırasında OH parçacıkları anotta oksitlenir, oksijen açığa çıkar ve su elde edilir. Diğer bir yöntem ise alkali metallerin tuzlarının kalsiyum ile eriyiklerinden termal olarak indirgenmesidir. Basit maddeler ve 1. grubun elementlerinin bileşikleri pratik öneme sahiptir. Lityum nükleer enerji mühendisliğinde hammadde görevi görüyor ve roket teknolojisinde kullanılıyor. Metalurjide hidrojen, nitrojen, oksijen ve kükürt kalıntılarını gidermek için kullanılır. Alkalin pillerde hidroksit takviyesi elektrolit.

Sodyum nükleer enerji, metalurji ve organik sentez için gereklidir. Güneş pillerinin üretiminde sezyum ve rubidyum kullanılmaktadır. Hidroksitler ve tuzlar, özellikle klorürler, nitratlar, sülfatlar, alkali metallerin karbonatları yaygın olarak kullanılmaktadır. Katyonların biyolojik aktivitesi vardır, sodyum ve potasyum iyonları insan vücudu için özellikle önemlidir.

alkali metaller.

Alkali metaller, D. I. Mendeleev'in Periyodik Kimyasal Elementler Tablosunun Grup I'in ana alt grubunun elementleridir:

lityum Li, sodyum Na, potasyum K, rubidyum Rb, sezyum Cs ve francium Fr.

Bu metallere alkali denir çünkü bileşiklerinin çoğu suda çözünür. Slav dilinde "süzme", "çözme" anlamına gelir ve bu, bu metal grubunun adını belirledi. Alkali metaller suda çözündüğünde alkali adı verilen çözünür hidroksitler oluşur.

Alkali metallerin temel özelliği: Periyodik Tabloda hemen inert gazları takip ederler, dolayısıyla alkali metal atomlarının yapısal özelliği yeni bir enerji seviyesinde bir elektron içermeleridir: elektronik konfigürasyonları ns1'dir.

Alkali metallerin değerlik elektronları kolaylıkla uzaklaştırılabilir, çünkü atomun bir elektron bağışlaması ve inert bir gaz konfigürasyonunu kazanması enerji açısından elverişlidir.

Bu nedenle tüm alkali metaller indirgeyici özelliklerle karakterize edilir. Bu, iyonizasyon potansiyellerinin düşük değerleri (sezyum atomunun iyonizasyon potansiyeli en düşüklerden biridir) ve elektronegatiflik (EO) ile doğrulanır.
Aşağıda alkali metallerin özelliklerinin bir tablosu bulunmaktadır:

Alkali metallerin özellikleri

atomik sayı	İsim, sembol	Metal yarıçap, nm	İyonik yarıçap, nm	Potansiyel iyonlaşma, eV	EO	P, g/cm³	t pl, °C	balya, °C
3	lityum Li	0,152	0,078	5,32	0,98	0,53	181	1347
11	Sodyum Na	0,190	0,098	5,14	0,93	0,97	98	883
19	Potasyum K	0,227	0,133	4,34	0,82	0,86	64	774
37	Rubidyum Rb	0,248	0,149	4,18	0,82	1,53	39	688
55	Sezyum C'ler	0,265	0,165	3,89	0,79	1,87	28	678

Bu alt gruptaki tüm metaller gümüşi beyaz renktedir.(gümüş sarısı sezyum hariç), çok yumuşaktırlar ve neşterle kesilebilirler. Lityum, sodyum ve potasyum sudan daha hafiftir ve yüzeyinde yüzerek onunla reaksiyona girer.

Alkali metaller doğal olarak tek yüklü katyonlar içeren bileşikler formunda oluşur.

Birçok mineral, grup I'in ana alt grubunun metallerini içerir. Örneğin ortoklaz veya feldispat, Na2 bileşimine sahip sodyum - albit içeren benzer bir mineral olan potasyum alüminosilikat K2'den oluşur. Deniz suyu sodyum klorür NaCl içerir ve toprak potasyum tuzları içerir - sylvin KCl, sylvinite NaCl. KCl, karnalit KCl. MgCl2. 6H2O, polihalit K2SO4. MgSO4. CaSO4. 2H2O.

Alkali metallerin kimyasal özellikleri
Alkali metallerin su, oksijen ve nitrojene göre yüksek kimyasal aktivitesi nedeniyle bir kerosen tabakası altında depolanırlar. Alkali metal ile reaksiyonu gerçekleştirmek için, gazyağı tabakası altında bir neşter ile gerekli büyüklükte bir parça dikkatlice kesilir, metal yüzey argon atmosferinde hava ile etkileşiminin ürünlerinden iyice temizlenir ve sadece daha sonra numune reaksiyon kabına yerleştirilir.

1. Su ile etkileşim. Alkali metallerin önemli bir özelliği- suya göre yüksek aktiviteleri. Lityum suyla en sakin şekilde (patlamadan) reaksiyona girer:

Benzer bir reaksiyon gerçekleştirilirken sodyum sarı bir alevle yanar ve küçük bir patlama meydana gelir. Potasyum daha da aktiftir: bu durumda patlama çok daha güçlüdür ve alev mor renktedir.
2. Oksijenle etkileşim. Alkali metallerin havadaki yanma ürünleri, metalin aktivitesine bağlı olarak farklı bileşime sahiptir.

Stokiyometrik bileşimin bir oksidinin oluşmasıyla yalnızca lityum havada yanar:

Sodyumun yanması sırasında peroksit Na2O2 esas olarak küçük bir süperoksit NaO2 karışımıyla oluşur:

Potasyum, rubidyum ve sezyumun yanma ürünleri esas olarak süperoksitler içerir:

Sodyum ve potasyum oksitleri elde etmek için, hidroksit, peroksit veya süperoksit karışımları, oksijen yokluğunda aşırı metal ile ısıtılır:

Alkali metallerin oksijen bileşikleri için aşağıdaki düzenlilik karakteristiktir: alkali metal katyonunun yarıçapı arttıkça, peroksit iyonu O22- ve süperoksit iyonu O2- içeren oksijen bileşiklerinin stabilitesi artar.

Ağır alkali metaller, EO3 bileşiminin oldukça stabil ozonitlerinin oluşmasıyla karakterize edilir. Tüm oksijen bileşiklerinin farklı renkleri vardır ve bunların yoğunluğu Li'den Cs'ye kadar olan seride derinleşir:

Alkali metal oksitler, bazik oksitlerin tüm özelliklerine sahiptir: su, asidik oksitler ve asitlerle reaksiyona girerler:

Peroksitler ve süperoksitler güçlü oksitleyici maddelerin özelliklerini gösterir:

Peroksitler ve süperoksitler suyla yoğun bir şekilde etkileşime girerek hidroksitler oluşturur:

3. Diğer maddelerle etkileşim. Alkali metaller birçok metal olmayan maddeyle reaksiyona girer. Isıtıldıklarında hidrojenle birleşerek hidritler oluştururlar; halojenler, kükürt, nitrojen, fosfor, karbon ve silikonla sırasıyla halojenürler, sülfürler, nitrürler, fosfitler, karbürler ve silisitler oluştururlar:

Alkali metaller ısıtıldığında diğer metallerle reaksiyona girerek intermetalik bileşikler oluşturabilir. Alkali metaller asitlerle aktif olarak (patlamayla) reaksiyona girer.

Alkali metaller sıvı amonyak ve türevleri - aminler ve amidler içinde çözünür:

Sıvı amonyak içinde çözündüğünde alkali metal, amonyak molekülleri tarafından çözülen ve çözeltiye mavi renk veren bir elektronu kaybeder. Ortaya çıkan amidler, alkali ve amonyak oluşumuyla su ile kolayca ayrışır:

Alkali metaller organik maddelerle, alkollerle (alkolat oluşumuyla) ve karboksilik asitlerle (tuz oluşumuyla) etkileşime girer:

4. Alkali metallerin kalitatif tayini. Alkali metallerin iyonlaşma potansiyelleri küçük olduğundan, bir metal veya bileşikleri alevde ısıtıldığında bir atom iyonize olur ve alevi belirli bir renge boyar:

Alkali metallerin elde edilmesi
1. Alkali metaller elde etmek için, çoğunlukla doğal mineraller oluşturan halojenürlerin, çoğunlukla klorürlerin eriyiklerinin elektrolizini kullanırlar:

katot: Li+ + e → Li
anot: 2Cl- - 2e → Cl2
2. Bazen alkali metaller elde etmek için hidroksitlerinin eriyiklerinin elektrolizi gerçekleştirilir:

Katot: Na+ + e → Na
anot: 4OH- - 4e → 2H2O + O2
Alkali metaller, elektrokimyasal voltaj dizisinde hidrojenin solunda yer aldığından, bunları tuz çözeltilerinden elektrolitik olarak elde etmek imkansızdır; bu durumda karşılık gelen alkaliler ve hidrojen oluşur.

Alkali metal bileşikleri. Hidroksitler

Alkali metaller, D.I.'nin Periyodik Tablosunun IA grubu metallerini içerir. Mendeleev - lityum (Li), sodyum (Na), potasyum (K), rubidyum (Rb), sezyum (Cs) ve francium (Fr). Alkali metallerin dış enerji seviyesinde bir değerlik elektronu bulunur. Alkali metallerin dış enerji seviyesinin elektronik konfigürasyonu ns1'dir. Bileşiklerinde +1'e eşit tek bir oksidasyon durumu sergilerler. OVR'de bunlar indirgeyici ajanlardır, yani. bir elektron bağışlayın.

Alkali metallerin fiziksel özellikleri

Tüm alkali metaller hafiftir (düşük yoğunluğa sahiptir), çok yumuşaktır (Li hariç, bıçakla kolayca kesilirler ve folyoya sarılabilirler), düşük kaynama ve erime noktalarına sahiptirler (yükte bir artışla birlikte). Alkali metal atomunun çekirdeğinde erime noktası düşer).

Serbest durumda Li, Na, K ve Rb gümüş-beyaz metallerdir, Cs ise altın sarısı bir metaldir.

Alkali metaller, oldukça reaktif olduklarından, kerosen veya vazelin yağı tabakası altında kapalı ampullerde saklanır.

Alkali metaller, metalik bir bağın ve vücut merkezli bir kristal kafesin varlığından dolayı yüksek termal ve elektrik iletkenliğine sahiptir.

Alkali metallerin elde edilmesi

Tüm alkali metaller, tuzlarının eriyiklerinin elektrolizi ile elde edilebilir, ancak pratikte bu şekilde yalnızca Li ve Na elde edilir; bu, K, Rb, Cs'nin yüksek kimyasal aktivitesiyle ilişkilidir:

2LiCl \u003d 2Li + Cl 2

2NaCl \u003d 2Na + Cl 2

Herhangi bir alkali metal, indirgeyici maddeler olarak Ca, Mg veya Si kullanılarak karşılık gelen halojenürün (klorür veya bromür) indirgenmesiyle elde edilebilir. Reaksiyonlar ısıtma (600 - 90°C) altında ve vakum altında gerçekleştirilir. Alkali metallerin bu şekilde elde edilmesine yönelik denklem genel biçimde:

2MeCl + Ca \u003d 2Me + CaCl2,

Benim bir metal olduğum yer.

Oksitinden lityum üretmek için bilinen bir yöntem. Reaksiyon 300°C'ye ısıtıldığında ve vakum altında gerçekleştirilir:

2Li 2 O + Si + 2CaO = 4Li + Ca2 SiO 4

Potasyum elde etmek, erimiş potasyum hidroksit ile sıvı sodyum arasındaki reaksiyonla mümkündür. Reaksiyon 440°C'ye ısıtıldığında gerçekleştirilir:

KOH + Na = K + NaOH

Alkali metallerin kimyasal özellikleri

Tüm alkali metaller su oluşturan hidroksitlerle aktif olarak etkileşime girer. Alkali metallerin yüksek kimyasal aktivitesinden dolayı su ile etkileşim reaksiyonuna patlama eşlik edebilir. Lityum suyla en sakin şekilde reaksiyona girer. Genel formda reaksiyon denklemi:

2Me + H2O \u003d 2MeOH + H2

Benim bir metal olduğum yer.

Alkali metaller atmosferik oksijenle etkileşime girerek bir dizi farklı bileşik oluşturur: oksitler (Li), peroksitler (Na), süperoksitler (K, Rb, Cs):

4Li + Ö2 = 2Li2Ö

2Na + O2 \u003d Na2O2

Tüm alkali metaller ısıtıldığında metal olmayanlarla (halojenler, nitrojen, kükürt, fosfor, hidrojen vb.) reaksiyona girer. Örneğin:

2Na + Cl2 \u003d 2NaCl

6Li + N2 = 2Li3N

2Li + 2C \u003d Li 2 C 2

2Na + H2 = 2NaH

Alkali metaller karmaşık maddelerle (asit çözeltileri, amonyak, tuzlar) etkileşime girebilir. Yani alkali metaller amonyakla etkileşime girdiğinde amidler oluşur:

2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H2

Alkali metallerin tuzlarla etkileşimi aşağıdaki prensibe göre gerçekleşir - daha az aktif metalleri (metallerin aktivite serisine bakınız) tuzlarından uzaklaştırırlar:

3Na + AlCl3 = 3NaCl + Al

Alkali metallerin asitlerle etkileşimi belirsizdir, çünkü bu tür reaksiyonlar sırasında metal başlangıçta asit çözeltisinin suyuyla reaksiyona girecek ve bu etkileşim sonucunda oluşan alkali asitle reaksiyona girecektir.

Alkali metaller alkoller, fenoller, karboksilik asitler gibi organik maddelerle reaksiyona girer:

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

2K + 2C 6 H5OH = 2C 6 H5 OK + H2

2Na + 2CH3COOH = 2CH3COONa + H2

Niteliksel reaksiyonlar

Alkali metallere kalitatif bir reaksiyon, alevin katyonları tarafından renklendirilmesidir: Li + alevi kırmızıya, Na + sarıya ve K + , Rb + , Cs + mora boyar.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

Egzersiz yapmak

Na → Na 2 O → NaOH → Na 2 SO 4 kimyasal dönüşümlerini gerçekleştirin

Çözüm

4Na + Ö 2 →2Na 2 Ö

Grup I'in elementlerinin atomlarındaki dış elektron katmanlarının yapısı, her şeyden önce, bunların elektron ekleme eğilimi olmadığını varsaymamızı sağlar. Öte yandan, tek bir dış elektronun geri tepmesinin çok kolay bir şekilde meydana gelmesi ve söz konusu elementlerin kararlı tek değerlikli katyonlarının oluşumuna yol açması gerektiği görülmektedir.

Deneyimlerin gösterdiği gibi, bu varsayımlar yalnızca sol sütundaki öğelerle ilgili olarak tamamen haklıdır (Li, Hayır, K ve analogları). Bakır ve analogları için bunlar yalnızca yarı doğrudur: elektron bağlama eğilimlerinin olmaması anlamında. Aynı zamanda çekirdeğe en uzak olan 18 elektronlu katmanları henüz tam olarak sabitlenmemiştir ve belirli koşullar altında kısmi elektron kaybı yaşayabilir. İkincisi, tek değerlikli C ile birlikte varoluş olasılığını belirler.sen, Agve Asenve ayrıca söz konusu elementlerin daha yüksek değerliklerine karşılık gelen bileşikleri.

Atom modellerinden elde edilen varsayımlarla deney sonuçları arasındaki bu kadar farklılık, elementlerin özelliklerinin dikkate alınmasının atom modellerine dayalı olduğunu göstermektedir.sadeceAtomların elektronik yapıları, diğer özellikler dikkate alınmaksızın, bu elementlerin kimyasal karakterizasyonu için en kaba taslakta bile her zaman yeterli değildir.

alkali metaller.

Li-Cs serisi elementlere uygulanan alkali metaller adı, hidroksitlerinin güçlü alkaliler olmasından kaynaklanmaktadır. Sodyum Ve potasyum yer kabuğundaki toplam atom sayısının sırasıyla %2,0 ve %1,1'ini oluşturan en yaygın elementler arasındadır. İçindeki içerik lityum (0,02%), rubidyum (%0,004) ve sezyum (%0,00009) zaten çok daha az ve Fransa - ihmal edilebilir. Elemental Na ve K yalnızca 1807'de izole edildi. Lityum 1817'de, sezyum ve rubidyum - sırasıyla 1860 ve 1861'de keşfedildi. 87 Numaralı Element - francium - 1939'da keşfedildi ve adını 1946'da aldı. Doğal sodyum ve sezyum "saf" elementlerdir (23 Na ve 133 Cs), lityum 6 Li (%7,4) ve 7 Li (%92,6) izotoplarından oluşur, potasyum 39 K (%93,22) izotoplardan oluşur.
40 K (%0,01) ve 41 K (%6,77), rubidyum - 85 Rb (%72,2) ve 87 Rb (%27,8) izotoplarından. Fransiyum izotoplarından en önemlisi doğal olarak oluşan 223 Fr'dir (bir atomun ortalama ömrü 32 dakikadır).

Yaygınlık:

Doğada yalnızca alkali metallerin bileşikleri bulunur. Sodyum ve potasyum birçok silikatın kalıcı bileşenleridir. Bireysel sodyum mineralleri arasında en önemlisi tuz (NaCl) deniz suyunun bir parçasıdır ve dünya yüzeyinin bazı bölgelerinde alüvyon kaya tabakası altında büyük miktarda kaya tuzu birikintileri oluşturur. Bu tür birikintilerin üst katmanları bazen katmanlar halinde potasyum tuzlarının birikimlerini içerir. silvinit (mKCl∙nNaCl), ka Bu elementin bileşiklerinin elde edilmesinde ana kaynak görevi gören rnalit (KCl MgCl2 6H2O), vb. Endüstriyel öneme sahip potasyum tuzlarının yalnızca birkaç doğal birikimi bilinmektedir. Lityum için bir dizi mineral bilinmektedir, ancak bunların birikimleri nadirdir. Rubidyum ve sezyum neredeyse yalnızca potasyumdaki yabancı maddeler olarak ortaya çıkar. Fransiyumun izleri her zaman bulunur uranyum cevherleri . Lityum mineralleri örneğin spodümen Ve lepidolit (Li2KAl). Sonuncudaki potasyumun bir kısmı bazen rubidyumla değiştirilir. Aynı durum, iyi bir rubidyum kaynağı olabilecek karnalit için de geçerlidir. Sezyum teknolojisi için nispeten nadir bulunan mineral en önemlisidir kirletici - CsAI(Si03)2 .

Fiş:

Serbest durumda alkali metaller, erimiş klorür tuzlarının elektrolizi ile izole edilebilir. Yıllık dünya üretimi 200 bin tonun üzerinde olan sodyum büyük pratik öneme sahiptir.Erimiş NaCl'nin elektrolizi ile üretimi için kurulum şeması aşağıda gösterilmiştir. Banyo, şamot astarlı çelik bir mahfaza, bir grafit anot (A) ve aralarında ağ diyaframının bulunduğu halka şeklinde bir demir katottan (K) oluşur. Elektrolit genellikle saf NaCl (en 800 °C) değil, yaklaşık %40 NaCl ve %60 CaCl2'den oluşan daha eriyebilir bir karışımdır, bu da yaklaşık 580 °C sıcaklıklarda çalışmayı mümkün kılar. Halka şeklindeki katot boşluğunun üst kısmında toplanan ve toplayıcıya geçen metalik sodyum, küçük (% 5'e kadar) bir kalsiyum karışımı içerir ve bu daha sonra neredeyse tamamen serbest bırakılır (Ca'nın erime noktasında sıvı sodyum içindeki çözünürlüğü, yalnızca %0,01). Elektroliz ilerledikçe banyoya NaCl eklenir. Elektrik tüketimi 1 kg Na başına yaklaşık 15 kWh'dir.

2NaCl→ 2Na+Cl 2

Bu ilginç:

Elektrolitik yöntemin uygulanmasından önce, reaksiyona göre sodanın kömürle ısıtılmasıyla metalik sodyum elde edildi:

Na2C03 + 2C + 244kcal → 2Na + 3CO

Metalik K ve Li'nin üretimi, sodyumunkiyle kıyaslanamayacak kadar azdır. Lityum, LiCl + KCl eriyiğinin elektrolizi ile elde edilir ve potasyum, özel damıtma kolonlarında (potasyum buharının çıktığı üst kısımdan) onlara ters yönde akan KCl eriyiği üzerindeki sodyum buharının etkisiyle elde edilir. Rubidyum ve sezyumun büyük ölçekte çıkarılması pek mümkün değildir. Bu metallerden küçük miktarlarda elde etmek için, bunların klorürlerinin kalsiyum metali ile vakumla ısıtılmasının kullanılması uygundur.

2LiCl→2Li+Cl 2

Fiziki ozellikleri:

Havanın yokluğunda, lityum ve analogları, az çok güçlü metalik parlaklığa sahip gümüşi beyaz (sarımsı sezyum hariç) maddelerdir. Tüm alkali metaller düşük yoğunluk, düşük sertlik, düşük erime ve kaynama noktaları ve iyi elektrik iletkenliği ile karakterize edilir. En önemli sabitleri aşağıda karşılaştırılmıştır:


Yoğunluk, g/cm3.
Erime noktası, °С
Kaynama noktası, °С

Li'nin düşük yoğunluğu nedeniyle, Na ve K su üzerinde yüzer (Li - gazyağı üzerinde bile). Alkali metaller bir bıçakla kolayca kesilir ve en yumuşaklarının - sezyumun - sertliği balmumunun sertliğini aşmaz. Bir gaz yakıcının parlak olmayan alevi, alkali metaller ve bunların uçucu bileşikleri tarafından, sodyumun doğasında bulunan parlak sarının en yoğun olduğu karakteristik renklere boyanır.

Bu ilginç:

Dışarıdan alev rengi şeklinde ortaya çıkan, ısıtılmış alkali metal atomları tarafından ışık ışınlarının emisyonu, elektronların yüksek enerji seviyelerinden düşük enerji seviyelerine sıçramasından kaynaklanmaktadır. Örneğin, sodyum spektrumunun karakteristik sarı çizgisi, bir elektron 3p seviyesinden 3s seviyesine sıçradığında ortaya çıkar. Açıkçası, böyle bir sıçramanın mümkün olması için atomun bir ön uyarımı, yani bir veya birkaç elektronunun daha yüksek bir enerji seviyesine aktarılması gerekir. Söz konusu durumda, alevin ısısı nedeniyle uyarım elde edilir (ve 48 kcal/g-atom harcaması gerektirir), ancak genel olarak bu, atoma çeşitli enerji türlerinin verilmesinin bir sonucu olarak ortaya çıkabilir. Diğer alkali metaller aşağıdaki alev renklerine neden olur: Li - karmin kırmızısı, K-mor, Rb - mavimsi kırmızı, Cs - mavi.

Gece gökyüzünün ışıldama spektrumu, içinde sürekli olarak sarı sodyum radyasyonunun varlığını gösterir. Oluştuğu yerin yüksekliğinin 200-300 km olduğu tahmin edilmektedir. Yani bu yüksekliklerdeki atmosferde sodyum atomları (elbette ihmal edilebilir miktarlarda) bulunur. Radyasyonun görünümü bir dizi temel süreçle tanımlanır (yıldız işareti uyarılmış bir durumu gösterir; M herhangi bir üçüncü parçacıktır - O2, O0, N2, vb.): Na + O 0 + M \u003d NaO + M *, ardından NaO + O \u003d O 2 + Na* ve son olarak Na*= Na +λν.

Sodyum ve potasyum, kuru ve nötr bir gazyağı tabakası altında, sıkıca kapatılmış kaplarda saklanmalıdır. Asitlerle, suyla, klorlu organik bileşiklerle ve katı karbondioksitle temasları kabul edilemez. Özellikle kolayca oksitlenen (nispeten geniş yüzeyleri nedeniyle) küçük potasyum kesimlerini biriktirmek imkansızdır. Küçük miktarlarda kullanılmayan potasyum ve sodyum kalıntıları, aşırı miktarda alkolle etkileşime girerek, büyük miktarlarda - ateşin kömürleri üzerinde yakılarak yok edilir. Odada alev alan alkali metaller en iyi şekilde kuru toz soda külü ile uykuya dalılarak söndürülür.

Kimyasal özellikler:

Kimyasal açıdan bakıldığında, lityum ve analogları yalnızca reaktif metallerdir (dahası, aktiviteleri genellikle Li'den Cs'ye doğru artar). Tüm bileşiklerde alkali metaller tek değerlidir. Gerilim serisinin en sol kısmında yer alan bu gerilimler, şemaya göre su ile kuvvetli bir şekilde etkileşime girer:

2E + 2H 2 O \u003d 2EON + H 2

Li ve Na ile reaksiyonda, hidrojenin oluşumuna onun tutuşması eşlik etmez; K'da bu zaten meydana gelirken, Rb ve Cs'de etkileşim bir patlamayla ilerler.

· Havayla temas halinde, Na ve K'nin (daha az ölçüde Li) taze bölümleri hemen gevşek bir oksidasyon ürünleri filmi ile kaplanır. Bunun ışığında, Na ve K genellikle gazyağı altında depolanır. Havada ısıtılan Na ve K kolayca tutuşurken, rubidyum ve sezyum normal sıcaklıklarda bile kendiliğinden tutuşur.

4E + O 2 → 2E 2 O (lityum için)

2E + O 2 → E 2 O 2 (sodyum için)

E+O 2 →EO 2(potasyum, rubidyum ve sezyum için)

Pratik uygulama esas olarak sodyum peroksit (Na 2 0 2) ile bulunur. Teknik olarak püskürtülmüş metalik sodyumun 350°C'de oksidasyonu ile elde edilir:

2Na+O 2 →Na 2 O 2 +122 kcal

Basit maddelerin eriyikleri amonyakla birleşerek amidler ve imitler, solvatlar oluşturabilir:

2Na eriyik +2NH3 →2NaNH2 +H2 (sodyum amid)

2Na eriyik +NH3 →Na2NH+H2 (sodyum imid)

Na eriyiği +6NH3 → (sodyum solvat)

Peroksitler su ile etkileşime girdiğinde aşağıdaki reaksiyon meydana gelir:

2E 2 O 2 + 2H 2 O \u003d 4EOH + O 2

Na202'nin su ile etkileşimine hidroliz eşlik eder:

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

Bu ilginç:

EtkileşimŞemaya göre karbon dioksitli Na 2 O 2

2Na 2 O 2 + 2CO 2 \u003d 2Na 2 CO 3 + O 2 +111 kcal

Yalıtım gaz maskelerinde ve denizaltılarda oksijen kaynağı olarak sodyum peroksitin kullanılmasının temelini oluşturur. Saf veya çeşitli katkı maddeleri içeren (örneğin, Ni veya C tuzlarıyla karıştırılmış ağartıcı)sen) sodyum peroksit teknik olarak "oksilit" olarak adlandırılır. Karışık oksilitol preparatları, suyun etkisi altında kendileri tarafından salınan oksijenin elde edilmesi için özellikle uygundur. Küp şeklinde sıkıştırılmış oksilit, geleneksel bir gaz üretme aparatında düzgün bir oksijen akışı elde etmek için kullanılabilir.

Na 2 O 2 + H 2 O \u003d 2NaOH + O 0 (hidrojen peroksitin ayrışması nedeniyle atomik oksijen açığa çıkar).

Potasyum süperoksit ( KO 2) genellikle oksilitin bileşimine dahil edilir. Karbon dioksit ile etkileşimi bu durumda genel denkleme göre ilerler:

Na202 + 2KO2 + 2CO2 \u003d Na2C03 + K2C03 + 2O2 + 100 kcal, yani karbondioksitin yerini eşit hacimde oksijen alır.

Ozonit oluşturma yeteneğine sahiptir. Potasyum ozonit-K03'ün oluşumu aşağıdaki denklemi takip eder:

4KOH + 3O 3 \u003d 4KO 3 + O 2 + 2H 2 O

Kırmızı kristalli bir maddedir ve en güçlü oksitleyici maddedir. Depolama sırasında KO3 denkleme göre yavaş yavaş ayrışır 2NaO3 → 2NaO2 + O2 +11 kcal zaten normal şartlarda. Su ile 4 KO 3 +2 H 2 O \u003d 4 KOH +5 O 2 toplam şemasına göre anında ayrışır.

Genel şemaya göre hidrojen ile iyonik hidritlerin oluşumu ile reaksiyona girebilir:

Hidrojenin ısıtılmış alkali metallerle etkileşimi toprak alkali metallere göre daha yavaştır. Li durumunda, 700–800°C'ye kadar ısıtmak gerekirken analogları zaten 350–400°C'de etkileşime girer. Alkali metal hidrürler çok güçlü indirgeyici maddelerdir. Kuru halde hava oksijeni ile oksidasyonları nispeten yavaştır, ancak nem varlığında süreç o kadar hızlanır ki hidrürün kendiliğinden tutuşmasına yol açabilir. Bu özellikle K, Rb ve Cs hidrürleri için geçerlidir. Şemaya göre su ile şiddetli bir reaksiyon meydana gelir:

EN + H2O \u003d H2 + EON

EH+O 2 →2EOH

NaH veya KH karbondioksit ile reaksiyona girdiğinde karşılık gelen formik asit tuzu oluşur:

NaH+CO 2 →HCOONa

Kompleks oluşturma yeteneğine sahip

NaH+AlCl3 →NaAlH4 +3NaCl (sodyum allanat)

NaAlH 4 → NaH+AlH 3

Normal alkali metal oksitler (Li 2 0 hariç) elde edilebilir yalnızca dolaylı olarak . Bunlar aşağıdaki renkteki katılardır:

Na 2 O + 2HCl \u003d 2NaCl + H 2 O

Alkali metallerin hidroksitleri (EOH), kendileriyle temas halinde olan çoğu malzemeyi aşındıran renksiz, oldukça higroskopik maddelerdir. Bu nedenle bazen pratikte kostik alkaliler adıyla kullanılırlar. Alkalilerin etkisi altında insan vücudunun derisi büyük ölçüde şişer ve kayganlaşır; daha uzun bir hareketle çok acı veren derin bir yanık oluşur. Kostik alkaliler özellikle gözler için tehlikelidir (koruyucu gözlüklerle çalışılması tavsiye edilir). Elinize veya elbisenize bulaşan alkali derhal suyla yıkanmalı, ardından etkilenen bölgeyi çok seyreltik bir asit çözeltisiyle nemlendirip tekrar suyla durulayın.

Bunların hepsi nispeten eriyebilir ve ayrışmadan uçucudur (suyu parçalayan LiOH hariç). alkali metal hidroksitler çoğunlukla elektrolitik yöntemler kullanılır. En büyük üretim ise sodyum hidroksit elektrolizi konsantre su tuzlu su çözeltisi:

2NaCl+2H2O→2NaOH+Cl2 +H2

Ø Tipik gerekçelerdir:

NaOH+HCl=NaCl+H20

2NaOH + C02 \u003d Na2C03 + H20

2NaOH + 2NO 2 \u003d NaNO 3 + NaNO 2 + H 2 O

Ø Kompleksler oluşturabilme:

NaOH+ZnCl2 = (ZnOH)Cl+NaCl

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

Al 2 O 3 + 6NaOH \u003d 2Na 3 AlO 3 + 3H 2 O

Al(OH)3 +NaOH=Na

Ø Metal olmayanlarla reaksiyona girebilir:

Cl2 + 2KOH \u003d KCl + KClO + H20 (reaksiyon ısıtmadan devam eder)

Cl2 + 6KOH \u003d 5KCl + KClO3 + 3H20 (reaksiyon ısıtmayla devam eder)

3S + 6NaOH \u003d 2Na2S + Na2S03 + 3H20

Ø Organik sentezlerde kullanılırlar (özellikle potasyum ve sodyum hidroksit, örneklerde sodyum hidroksit belirtilmiştir):

NaOH + C2H5Cl \u003d NaCl + C2H4 (bu durumda alkenler, etilen (eten) elde etme yöntemi), alkollü bir sodyum hidroksit çözeltisi kullanıldı.

NaOH + C2H5Cl \u003d NaCl + C2H5OH(alkol elde etmek için bir yöntem, bu durumda etanol), sulu bir sodyum hidroksit çözeltisi kullanıldı.

2NaOH + C2H5Cl \u003d 2NaCl + C2H2 +H20 (bu durumda alkinler, asetilen (etin) elde etme yöntemi), bir sodyum hidroksit alkol çözeltisi kullanıldı.

C 6 H 5 OH (fenol) + NaOH \u003d C 6 H 5 ONa + H 2 O

NaOH (+ CaO) + CH3COONa → Na2CO3CH4 (metan üretmenin yollarından biri)

Ø Birkaç tuzun ayrışmasını bilmeniz gerekir:

2KNO 3 →2KNO 2 + Ç 2

4KClO 3 → KCl + 3KClO 4

2KClO 3 → KCl+3O 2

4Na 2 SO 3 →Na 2 S+3Na 2 SO 4

Nitratların ayrışmasının yaklaşık 450-600 ° C aralığında meydana gelmesi, daha sonra ayrışmadan erimeleri, ancak yaklaşık 1000-1500 ° C'ye ulaştıklarında ayrışmanın şemaya göre gerçekleşmesi dikkat çekicidir:

4LiNO 2 →2Li 2 O+4NO+O 2

Bu ilginç:

k 4 [ Fe(CN) 6 ]+ FeCl 3 = KFe[ Fe(CN) 6 ]+3 KCI(niteliksel yanıtFe3+)

3K 4 + 4FeCl 3 \u003d Fe 4 3 + 12KCl

Na202+2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2 O 2

4NaO2 +2H2O \u003d 4NaOH + 3O2

4NaO3 +2H2O \u003d 4NaOH + 5O2 (ozonit sodyumun su ile reaksiyonu )

2NaO3 → 2NaO2 + O2(Ayrışma farklı sıcaklıklarda meydana gelir, örneğin: sodyum ozonidin -10°C'de ayrışması °C, +100°C'de sezyum ozonit)

NaNH2 + H2O → NaOH + NH3

Na2NH + 2H20 → 2NaOH + NH3

Na3N + 3H20 → 3NaOH + NH3

KNO 2 +2Al+KOH+5H 2 O→2K+NH 3

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

Fe 3 O 4 + 4NaH \u003d 4NaOH + 3Fe

5NaN3 + NaNO3 → 8N2 + 3Na20

Başvuru:

Sodyum, organik bileşiklerin sentezinde ve kısmen bazı türevlerinin hazırlanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Nükleer teknolojide soğutucu olarak kullanılır.

Lityum termonükleer teknoloji için kesinlikle olağanüstü bir öneme sahiptir. Kauçuk endüstrisinde, yapay kauçuk üretiminde (polimerizasyon katalizörü olarak), metalurjide diğer bazı metal ve alaşımlara değerli bir katkı maddesi olarak kullanılır. Örneğin, lityumun yalnızca yüzde biri kadar bir katkı maddesi, alüminyumun ve alaşımlarının sertliğini büyük ölçüde artırır ve kurşuna yönelik %0,4 lityum katkı maddesi, bükülme direncini kötüleştirmeden sertliğini neredeyse üç katına çıkarır. Benzer bir sezyum katkı maddesinin, magnezyumun mekanik özelliklerini büyük ölçüde iyileştirdiğine ve onu korozyondan koruduğuna dair göstergeler var, ancak bu şekilde kullanılıyor. Sodyum hidrit bazen metalurjide nadir metalleri bileşiklerinden izole etmek için kullanılır. Erimiş NaOH içindeki %2'lik çözeltisi, çelik ürünlerden kireci çıkarmak için kullanılır (buna bir dakika maruz kaldıktan sonra sıcak ürün suya batırılır ve denkleme göre geri kazanılır)

Fe 3 O 4 + 4NaH \u003d 4NaOH + 3Fe (ölçek kaybolur).

Soda üretimi için fabrika kurulumunun şematik diyagramı amonyakyöntem (Solvay, 1863).

Kireçtaşı fırında (L) kalsine edilir ve ortaya çıkan C02, karbonizasyon kulesine (B) girer ve CaO, suyla (C) söndürülür, ardından Ca (OH) 2, karıştırıcıya (D) pompalanır. NH 4 Cl ile buluşur ve amonyak açığa çıkar. İkincisi emiciye (D) girer ve orada güçlü bir NaCl çözeltisini doyurur, bu daha sonra CO2 ile etkileşime girdiğinde NaHC03 ve NH4Cl'nin oluştuğu karbonizasyon kulesine pompalanır. Birinci tuz neredeyse tamamen çöker ve vakum filtresinde (E) kalır, ikincisi ise tekrar miksere (D) pompalanır. Böylece sürekli olarak NaCl ve kireçtaşı tüketilir ve NaHCO 3 ve CaCl 2 elde edilir (ikincisi üretim atığı şeklindedir). Sodyum bikarbonat daha sonra ısıtılarak sodaya dönüştürülür.

Editör: Kharlamova Galina Nikolaevna