Щелочные металлы

Реферат

1. Общая характеристика щелочных металлов

восстановительные

Некоторые свойства щелочных металлов

Атомный

номер

Название,

символ

Металлический

радиус,

нм

Ионный

радиус,

нм

Потенциал

ионизации,

эВ

ЭО p,

г/см³

t пл ,

°C

t кип ,

°C

3 Литий Li 0,152 0,078 5,32 0,98 0,53 181 1347
11 Натрий Na 0,190 0,098 5,14 0,93 0,97 98 883
19 Калий K 0,227 0,133 4,34 0,82 0,86 64 774
37 Рубидий Rb 0,248 0,149 4,18 0,82 1,53 39 688
55 Цезий Cs 0,265 0,165 3,89 0,79 1,87 28 678

Все металлы этой подгруппы имеют серебристо-белый цвет (кроме серебристо-жёлтого цезия), они очень мягкие, их можно резать скальпелем. Литий, натрий и калий легче воды и плавают на её поверхности, реагируя с ней.

Щелочные металлы встречаются в природе в форме соединений, содержащих однозарядные катионы. Многие минералы содержат в своём составе металлы главной подгруппы I группы. Например, ортоклаз , или полевой шпат , состоит из алюмюсиликата калия K2 [Al2 Si6 O16 ], аналогичный минерал, содержащий натрий — альбит — имеет состав Na2 [Al2 Si6 O16 ]. В морской воде содержится хлорид натрия NaCl, а в почве — соли калия — сильвин KCl, сильвинит NaCl

  • KCl, карналлит KCl
  • MgCl2
  • 6H2 O, полигалит K2 SO4
  • MgSO4
  • CaSO4
  • 2H2 O.


2. Химические свойства щелочных металлов

Из-за высокой химической активности щелочных металлов по отношению к воде, кислороду, и иногда даже и азоту (Li, Cs) их хранят под слоем керосина. Чтобы провести реакцию со щелочным металлом, кусочек нужного размера аккуратно отрезают скальпелем под слоем керосина, в атмосфере аргона тщательно очищают поверхность металла от продуктов его взаимодействия с воздухом и только потом помещают образец в реакционный сосуд.

1. Взаимодействие с водой . Важное свойство щелочных металлов — их высокая активность по отношению к воде. Наиболее спокойно (без взрыва) реагирует с водой литий:

Щелочные металлы 1

При проведении аналогичной реакции натрий горит жёлтым пламенем и происходит небольшой взрыв. Калий ещё более активен: в этом случае взрыв гораздо сильнее, а пламя окрашено в фиолетовый цвет.

2. Взаимодействие с кислородом . Продукты горения щелочных металлов на воздухе имеют разный состав в зависимости от активности металла.

  • Только литий сгорает на воздухе с образованием оксида стехиометрического состава:

Щелочные металлы 2

  • При горении натрия в основном образуется пероксид Na2 O2 с небольшой примесью надпероксида NaO2 :

Щелочные металлы 3

  • В продуктах горения калия , рубидия и цезия содержатся в основном надпероксиды:

Щелочные металлы 4

Для получения оксидов натрия и калия нагревают смеси гидроксида, пероксида или надпероксида с избытком металла в отсутствие кислорода:

Щелочные металлы 5

Щелочные металлы 6

Щелочные металлы 7

Для кислородных соединений щелочных металлов характерна следующая закономерность: по мере увеличения радиуса катиона щелочного металла возрастает устойчивость кислородных соединений, содержащих пероксид-ион О 22− и надпероксид-ион O2 .

Для тяжёлых щелочных металлов характерно образование довольно устойчивых озонидов состава ЭО3 . Все кислородные соединения имеют различную окраску, интенсивность которой углубляется в ряду от Li до Cs:

Формула

кислородного соединения

Цвет
Li 2 O Белый
Na 2 O Белый
K 2 O Желтоватый
Rb 2 O Жёлтый
Cs 2 O Оранжевый
Na 2 O2 Светло-

жёлтый

KO 2 Оранжевый
RbO 2 Тёмно-

коричневый

CsO 2 Жёлтый

Оксиды щелочных металлов обладают всеми свойствами, присущими основным оксидам: они реагируют с водой, кислотными оксидами и кислотами:

Щелочные металлы 8

Щелочные металлы 9

Щелочные металлы 10

Пероксиды

Пероксиды 1

Пероксиды и надпероксиды интенсивно взаимодействуют с водой, образуя гидроксиды:

Пероксиды 2

Пероксиды 3

3. Взаимодействие с другими веществами . Щелочные металлы реагируют со многими неметаллами. При нагревании они соединяются с водородом с образованием гидридов, с галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом и кремнием с образованием, соответственно, галогенидов , сульфидов , нитридов , фосфидов , карбидов и силицидов :

Пероксиды 4

Пероксиды 5

Пероксиды 6

Пероксиды 7

Пероксиды 8

интерметаллиды

Щелочные металлы растворяются в жидком аммиаке и его производных — аминах и амидах:

Пероксиды 9

При растворении в жидком аммиаке щелочной металл теряет электрон, который сольватируется молекулами аммиака и придаёт раствору голубой цвет. Образующиеся амиды легко разлагаются водой с образованием щёлочи и аммиака:

Пероксиды 10

Щелочные металлы взаимодействуют с органическими веществами спиртами (с образованием алкоголятов) и карбоновыми кислотами (с образованием солей):

Пероксиды 11

Пероксиды 12

4. Качественное определение щелочных металлов . Поскольку потенциалы ионизации щелочных металлов невелики, то при нагревании металла или его соединений в пламени атом ионизируется, окрашивая пламя в определённый цвет:

Окраска пламени щелочными металлами

и их соединениями

Щелочной металл Цвет пламени
Li Карминно-красный
Na Жёлтый
K Фиолетовый
Rb Бурокрасный
Cs Фиолетово-красный


3. Получение щелочных металлов

1. Для получения щелочных металлов используют в основном электролиз расплавов их галогенидов , чаще всего — хлоридов, образующих природные минералы:

Пероксиды 13

катод: Li + + e → Li

анод: 2Cl — 2e → Cl2

2. Иногда для получения щелочных металлов проводят электролиз расплавов их гидроксидов:

Пероксиды 14

катод: Na + + e → Na

анод: 4OH — 4e → 2H2 O + O2

3. Щелочной металл может быть восстановлен из соответствующего хлорида или бромида кальцием, магнием, кремнием и др. восстановителями при нагревании под вакуумом до 600-900 °C:

Пероксиды 15

Чтобы реакция пошла в нужную сторону, образующийся свободный щелочной металл (M) должен удаляться путём отгонки. Аналогично возможно восстановление цирконием из хромата. Известен способ получения натрия восстановлением из карбоната углём при 1000 °C в присутствии известняка. ]

Поскольку щелочные металлы в электрохимическом ряду напряжений находятся левее водорода, то электролитическое получение их из растворов солей невозможно; в этом случае образуются соответствующие щёлочи и водород.


4. Соединения щелочных металлов

4.1. Гидроксиды

Для получения гидроксидов щелочных металлов в основном используют электролитические методы. Наиболее крупнотоннажным является производство гидроксида натрия электролизом концентрированного водного раствора поваренной соли:

Пероксиды 16

катод: Пероксиды 17

анод: Пероксиды 18

Прежде щёлочь получали реакцией обмена:

Пероксиды 19

Получаемая таким способом щёлочь была сильно загрязнена содой Na 2 CO3 .

Гидроксиды щелочных металлов — белые гигроскопичные вещества, водные растворы которых являются сильными основаниями. Они участвуют во всех реакциях, характерных для оснований — реагируют с кислотами, кислотными и амфотерными оксидами, амфотерными гидроксидами:

Пероксиды 20

Пероксиды 21

Пероксиды 22

Гидроксиды щелочных металлов при нагревании возгоняются без разложения, за исключением гидроксида лития, который так же, как гидроксиды металлов главной подгруппы II группы, при прокаливании разлагается на оксид и воду:

Пероксиды 23

Гидроксид натрия используется для изготовления мыла, синтетических моющих средств, искусственного волокна, органических соединений, например фенола.


4.2. Карбонаты

сода Na 2 CO3

Пероксиды 24

Аммиак добавляют для нейтрализации кислотной среды, возникающей при пропускании углекислого газа в раствор, и получения гидрокарбонат-иона HCO 3 , необходимого для осаждения гидрокарбоната натрия. После отделения питьевой соды раствор, содержащий хлорид аммония, нагревают с известью и выделяют аммиак, который возвращают в реакционную зону:
Пероксиды 25
Таким образом, при аммиачном способе получения соды единственным отходом является хлорид кальция, остающийся в растворе и имеющий ограниченное применение.

кальцинированная

Пероксиды 26

Основной потребитель соды — стекольная промышленность.

В отличие от малорастворимой кислой соли NaHCO 3 , гидрокарбонат калия KHCO3 хорошо растворим в воде, поэтому карбонат калия, или поташ , K2 CO3 получают действием углекислого газа на раствор гидроксида калия:

Пероксиды 27

Поташ используют в производстве стекла и жидкого мыла.

Литий — единственный щелочной металл, для которого не получен гидрокарбонат. Причина этого явления в очень маленьком радиусе иона лития, который не позволяет ему удерживать довольно крупный ион HCO 3 .


5. Фотографии


Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/schelochnyie-metallyi/

  • Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М .: Высшая школа, 2001.
  • Ерёмина Е. А., Рыжова О. Н. Глава 14. Щелочные металлы // Справочник школьника по химии. — М .: Экзамен, 2009. — С. 224-231. — 512 с. — 5000 экз . — ISBN 978-5-377-01472-0
  • Кузьменко Н. Е. , Ерёмин В. В., Попков В. А. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы. — М .: Экзамен, 1997-2001.
  • Лидин Р. А., Андреева Л. Л., Молочко В. А. Справочник по неорганической химии. — М .: Химия, 1987.
  • Некрасов Б. В. Основы общей химии. — М .: Химия, 1974.
  • Спицын В. И., Мартыненко Л. И. Неорганическая химия. — М .: МГУ, 1991, 1994.
  • Турова Н. Я. Неорганическая химия в таблицах. Учебное пособие. — М .: Высший химический колледж РАН, 1997.


Примечания

Данный реферат составлен на основе .