Лужні метали список та властивості.

Лужні метали легко реагують із неметалами:

2K + I 2 = 2KI

2Na + H 2 = 2NaH

6Li + N 2 = 2Li 3 N (реакція йде вже за кімнатної температури)

2Na + S = Na 2 S

2Na + 2C = Na 2 C 2

У реакціях з киснем кожен лужний метал виявляє свою індивідуальність: при горінні на повітрі літій утворює оксид, натрій пероксид, калій надпероксид.

4Li + O 2 = 2Li 2 O

2Na + O 2 = Na 2 O 2

K + O 2 = KO 2

Одержання оксиду натрію:

10Na + 2NaNO 3 = 6Na 2 O + N 2

2Na + Na 2 O 2 = 2Na 2 O

2Na + 2NaOН = 2Na 2 O + Н 2

Взаємодія з водою призводить до утворення лугу та водню.

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

Взаємодія з кислотами:

2Na + 2HCl = 2NaCl + H 2

8Na + 5H 2 SO 4(конц.) = 4Na 2 SO 4 + H 2 S + 4H 2 O

2Li + 3H 2 SO 4(конц.) = 2LiHSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

8Na + 10HNO 3 = 8NaNO 3 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

При взаємодії з аміаком утворюються аміди та водень:

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

Взаємодія з органічними сполуками:

Н ─ C ≡ С ─ Н + 2Na → Na ─ C≡C ─ Na + H 2

2CH 3 Cl + 2Na → C 2 H 6 + 2NaCl

2C 6 H 5 OH + 2Na → 2C 6 H 5 ONa + H 2

2СН 3 ВІН + 2Na → 2 CH 3 ONa + H 2

2СH 3 COOH + 2Na → 2CH 3 COOONa + H 2

Якісною реакцією на лужні метали є фарбування полум'я їх катіонами. Іон Li + забарвлює полум'я в карміно-червоний колір, іон Na + - у жовтий, К + - у фіолетовий

З'єднання лужних металів

Оксиди.

Оксиди лужних металів — типові основні оксиди. Вступають у реакції з кислотними та амфотерними оксидами, кислотами, водою.

3Na 2 O + P 2 O 5 = 2Na 3 PO 4

Na 2 O + Al 2 O 3 = 2NaAlO 2

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

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

Na 2 O + H 2 O = 2NaOH

Пероксиди.

2Na 2 O 2 + CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2

Na 2 O 2 + CO = Na 2 CO 3

Na 2 O 2 + SO 2 = Na 2 SO 4

2Na 2 O + O 2 = 2Na 2 O 2

Na 2 O + NO + NO 2 = 2NaNO 2

2Na 2 O 2 = 2Na 2 O + O 2

Na 2 O 2 + 2H 2 O (хол.) = 2NaOH + H 2 O 2

2Na 2 O 2 + 2H 2 O (гор.) = 4NaOH + O 2

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

2Na 2 O 2 + 2H 2 SO 4 (розб. гор.) = 2Na 2 SO 4 + 2H 2 O + O 2

2Na 2 O 2 + S = Na 2 SO 3 + Na 2 O

5Na 2 O 2 + 8H 2 SO 4 + 2KMnO 4 = 5O 2 + 2MnSO 4 + 8H 2 O + 5Na 2 SO 4 + K 2 SO 4

Na 2 O 2 + 2H 2 SO 4 + 2NaI = I 2 + 2Na 2 SO 4 + 2H 2 O

Na 2 O 2 + 2H 2 SO 4 + 2FeSO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O

3Na 2 O 2 + 2Na 3 = 2Na 2 CrO 4 + 8NaOH + 2H 2 O

Підстави (луги).

2NaOH (надлишок) + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 (надлишок) = NaHCO 3

SO 2 + 2NaOH (надлишок) = Na 2 SO 3 + H 2 O

SiO 2 + 2NaOH Na 2 SiO 3 + H 2 O

2NaOH + Al 2 O 3 2NaAlO 2 + H 2 O

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

NaOH + Al(OH) 3 = Na

2NaOH + 2Al + 6Н 2 О = 2Na + 3Н 2

2KOH + 2NO 2 + O 2 = 2KNO 3 + H 2 O

KOH + KHCO 3 = K 2 CO 3 + H 2 O

2NaOH + Si + H 2 O = Na 2 SiO 3 + H 2

3KOH + P 4 + 3H 2 O = 3KH 2 PO 2 + PH 3

2KOH (холодний) + Cl 2 = KClO + KCl + H 2 O

6KOH (гарячий) + 3Cl 2 = KClO 3 + 5KCl + 3H 2 O

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

2NaNO 3 2NaNO 2 + O 2

NaHCO 3 + HNO 3 = NaNO 3 + CO 2 + H 2 O

NaI → Na + + I –

на катоді: 2Н 2 Про + 2e → H 2 + 2OH – 1

на аноді: 2I – – 2e → I 2 1

2Н 2 Про + 2I - H 2 + 2OH - + I 2

2H 2 O + 2NaI H 2 + 2NaOH + I 2

2NaCl 2Na + Cl 2

на катоді на аноді

2Na 2 HPO 4 Na 4 P 2 O 7 + H 2 O

KNO 3 + 4Mg + 6H 2 O = NH 3 + 4Mg(OH) 2 + KOH

4KClO 3 KCl + 3KClO 4

2KClO 3 2KCl + 3O 2

KClO 3 + 6HCl = KCl + 3Cl 2 + 3H 2 O

Na 2 SO 3 + S = Na 2 S 2 O 3

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + S↓ + SO 2 + H 2 O

2NaI + Br 2 = 2NaBr + I 2

2NaBr + Cl 2 = 2NaCl + Br 2

I A група.

1. Над поверхнею налитого в колбу розчину їдкого натру пропускали електричні розряди, при цьому повітря в колбі забарвлювалося бурого кольору, який зникає через деякий час. Отриманий розчин обережно випарували і встановили, що твердий залишок є сумішшю двох солей. При нагріванні цієї суміші виділяється газ та залишається єдина речовина. Напишіть рівняння описаних реакцій.

2. Речовина, що виділяється на катоді при електролізі розплаву натрію хлориду, спалили в кисні. Отриманий продукт помістили у газометр, наповнений вуглекислим газом. Речовину, що утворилася, додали в розчин хлориду амонію і розчин нагріли. Напишіть рівняння описаних реакцій.

3) Азотну кислоту нейтралізували харчовою содою, нейтральний розчин обережно випарували і залишок прожарили. Речовину, що утворилася, внесли в підкислений сірчаною кислотою розчин перманганату калію, при цьому розчин знебарвився. Азотовмісний продукт реакції помістили в розчин їдкого натру та додали цинковий пил, при цьому виділився газ із різким запахом. Напишіть рівняння описаних реакцій.

4) Речовину, отриману на аноді при електролізі розчину іодиду натрію з інертними електродами, внесли в реакцію калію. Продукт реакції нагріли з концентрованою сірчаною кислотою, і газ, що виділився, пропустили через гарячий розчин хромату калію. Напишіть рівняння описаних реакцій

5) Речовина, отримана на катоді при електролізі розплаву хлориду натрію, спалили в кисні. Повчений продукт послідовно обробили сірчистим газом та розчином гідроксиду барію. Напишіть рівняння описаних реакцій

6) Білий фосфор розчиняється в розчині їдкого калі з виділенням газу з часниковим запахом, який самозаймається на повітрі. Твердий продукт реакції горіння прореагував з їдким натром в такому співвідношенні, що в речовині, що утворилася білого кольору міститься один атом водню; при прожарюванні останньої речовини утворюється пірофосфат натрію. Напишіть рівняння описаних реакцій

7) Невідомий метал спалили у кисні. Продукт реакції, що взаємодіє з вуглекислим газом, утворює дві речовини: тверду, яка взаємодіє з розчином соляної кислоти з виділенням вуглекислого газу, і газоподібна проста речовина, що підтримує горіння. Напишіть рівняння описаних реакцій.

8) Через надлишок розчину їдкого калі пропустили бурий газ у присутності великого надлишку повітря. У розчин, що утворився, додали магнієву стружку і нагріли, газом, що виділився, нейтралізували азотну кислоту. Отриманий розчин обережно випарували, твердий продукт реакції прожарили. Напишіть рівняння описаних реакцій.

9) При термічному розкладанні солі А в присутності діоксиду марганцю утворилися бінарна сіль Б і газ, що підтримує горіння та входить до складу повітря; при нагріванні цієї солі без каталізатора утворюються сіль Б і сіль вищої кисневмісної кислоти. При взаємодії солі А з соляною кислотою виділяється жовто-зелений газ (проста речовина) і утворюється сіль Б. Сіль Б забарвлює полум'я у фіолетовий колір, при взаємодії з розчином нітрату срібла випадає осад білого кольору. Напишіть рівняння описаних реакцій.

10) До нагрітої концентрованої сірчаної кислоти додали мідну стружку і газ, що виділився, пропустили через розчин їдкого натру (надлишок). Продукт реакції виділили, розчинили у воді та нагріли із сіркою, яка в результаті проведення реакції розчинилася. В отриманий розчин додали розведену сірчану кислоту. Напишіть рівняння описаних реакцій.

11) Поварену сіль обробили концентрованою сірчаною кислотою. Отриману сіль обробили гідроксидом натрію. Отриманий продукт прожарили з надлишком вугілля. Газ, що виділився при цьому, прореагував у присутності каталізатора з хлором. Напишіть рівняння описаних реакцій.

12) Натрій прореагував із воднем. Продукт реакції розчинили у воді, при цьому утворився газ, що реагує з хлором, а отриманий розчин при нагріванні прореагував з хлором з утворенням суміші двох солей. Напишіть рівняння описаних реакцій.

13) Натрій спалили в надлишку кисню, отриману кристалічну речовину помістили в скляну трубку і пропустили вуглекислий газ. Газ, що виходить із трубки, зібрали та спалили в його атмосфері фосфор. Отриману речовину нейтралізували надлишком розчину гідроксиду натрію. Напишіть рівняння описаних реакцій.

14) До розчину, отриманого в результаті взаємодії пероксиду натрію з водою під час нагрівання, додали розчин соляної кислоти до закінчення реакції. Розчин солі, що утворилася, піддали електролізу з інертними електродами. Газ, що утворився внаслідок електролізу на аноді, пропустили через суспензію гідроксиду кальцію. Напишіть рівняння описаних реакцій.

15) Через розчин гідроксиду натрію пропустили сірчистий газ до утворення середньої солі. До отриманого розчину долили водний розчин калію перманганату. Осад, що утворився, відділили і подіяли на нього соляною кислотою. Газ, що виділився, пропустили через холодний розчин гідроксиду калію. Напишіть рівняння описаних реакцій.

16) Суміш оксиду кремнію (IV) та металевого магнію прожарили. Отриману в результаті реакції просту речовину обробили концентрованим розчином натрію гідроксиду. Газ, що виділився, пропустили над нагрітим натрієм. Речовину, що утворилася, помістили у воду. Напишіть рівняння описаних реакцій.

17) Продукт взаємодії літію з азотом обробили водою. Отриманий газ пропустили через розчин сірчаної кислоти до припинення хімічних реакцій. Отриманий розчин обробили розчином хлориду барію. Розчин профільтрували, а фільтрат змішали з розчином нітрату натрію та нагріли. Напишіть рівняння описаних реакцій.

18) Натрій нагріли у атмосфері водню. При додаванні до отриманої речовини води спостерігали виділення газу та утворення прозорого розчину. Через цей розчин пропустили бурий газ, отриманий в результаті взаємодії міді з концентрованим розчином азотної кислоти. Напишіть рівняння описаних реакцій.

19) Гідрокарбонат натрію прожарили. Отриману сіль розчинили у воді та змішали з розчином алюмінію, у результаті утворився осад та виділився безбарвний газ. Осад обробили надлишком розчину азотної кислоти, а газ пропустили через розчин силікату калію. Напишіть рівняння описаних реакцій.

20) Натрій сплавили із сіркою. З'єднання, що утворилося, обробили соляною кислотою, що виділився газ націло прореагував з оксидом сірки (IV). Речовину, що утворилася, обробили концентрованою азотною кислотою. Напишіть рівняння описаних реакцій.

21) Натрій спалили у надлишку кисню. Речовину, що утворилася, обробили водою. Отриману суміш прокип'ятили, після чого гарячий розчин додали хлор. Напишіть рівняння описаних реакцій.

22) Калій нагріли у атмосфері азоту. Отриману речовину обробили надлишком соляної кислоти, після чого до суміші, що утворилася, солей додали суспензію гідроксиду кальцію і нагріли. Отриманий газ пропустили радий розпеченим оксидом міді (II).Напишіть рівняння описаних реакцій.

23) Калій спалили в атмосфері хлору, сіль, що утворилася, обробили надлишком водного розчину нітрату срібла. Осад, що випав, відфільтрували, фільтрат випарили і обережно нагріли. Сіль, що утворилася, обробили водним розчином брому. Напишіть рівняння описаних реакцій.

24) Літій прореагував із воднем. Продукт реакції розчинили у воді, при цьому утворився газ, що реагує з бромом, а отриманий розчин при нагріванні прореагував з хлором з утворенням суміші двох солей. Напишіть рівняння описаних реакцій.

25) Натрій спалили повітря. Тверда речовина, що утворилася при цьому, поглинає вуглекислий газ з виділенням кисню і солі. Останню сіль розчинили в соляній кислоті, а до отриманого розчину додали розчин нітрату срібла. При цьому випав білий осад. Напишіть рівняння описаних реакцій.

26) Кисень піддали впливу електророзряду в озонаторі. Отриманий газ пропустили через водний розчин йодиду калію, при цьому виділився новий газ без кольору та запаху, що підтримує горіння та дихання. В атмосфері останнього газу спалили натрій, а отриману при цьому тверду речовину прореагувало з вуглекислим газом. Напишіть рівняння описаних реакцій.

I A група.

1. N 2 + O 2 2NO

2NO + O 2 = 2NO 2

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

2NaNO 3 2NaNO 2 + O 2

2. 2NaCl 2Na + Cl 2

на катоді на аноді

2Na + O 2 = Na 2 O 2

2Na 2 O 2 + 2CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2

Na 2 CO 3 + 2NH 4 Cl = 2NaCl + CO 2 + 2NH 3 + Н 2 О

3. NaHCO 3 + HNO 3 = NaNO 3 + CO 2 + H 2 O

2NaNO 3 2NaNO 2 + O 2

5NaNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5NaNO 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

NaNO 3 + 4Zn + 7NaOH + 6H 2 O = 4Na 2 + NH 3

4. 2H 2 O + 2NaI H 2 + 2NaOH + I 2

2K + I 2 = 2KI

8KI + 5H 2 SO 4(конц.) = 4K 2 SO 4 + H 2 S + 4I 2 + 4H 2 O

3H 2 S + 2K 2 CrO 4 + 2H 2 O = 2Cr(OH) 3 ↓ + 3S↓ + 4KOH

5. 2NaCl 2Na + Cl 2

на катоді на аноді

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Na 2 O 2 + SO 2 = Na 2 SO 4

Na 2 SO 4 + Ba(OH) 2 = BaSO 4 ↓ + 2NaOH

6. P 4 + 3KOH + 3H 2 O = 3KH 2 PO 2 + PH 3

2PH 3 + 4O 2 = P 2 O 5 + 3H 2 O

P 2 O 5 + 4NaOH = 2Na 2 HPO 4 + H 2 O

«Літій є найлегший метал; він має питому вагу 0,59, унаслідок чого плаває навіть у нафти; плавиться близько 185°, але не випаровується при червонокалильній спеці. Кольором він нагадує натрій і, подібно до нього, має жовтий відтінок.»

Д. І. Менделєєв. Основи хімії.

Коли в 1817 р. 25-річний шведський хімік Юхан Август Арфведсон (1792-1841) виділив з мінералу петаліту новий «вогнепостійний луг досі невідомої природи» (це був гідроксид літію), його вчитель, знаменитий шведський (1779-1848), запропонував назвати її літіоном, від грец. lithos – камінь.

Цей луг, на відміну від уже відомих натрієвого та калієвого, вперше був виявлений у «царстві» каменів. У 1818 р. англійський хімік Гемфрі Деві (1778-1829) отримав із «літіону» новий метал, який назвав літієм. Той самий грецький корінь - у словах «літосфера», «літографія» (відбиток з кам'яної форми) та інших.

Літій - найлегший із твердих речовин: його густина всього 0,53 г/см3 (удвічі менша, ніж у води). Отримують літій електролізом розплаву хлориду літію. Рідкісна властивість металевого літію - реакція з азотом за звичайних умов з утворенням нітриду літію.

Літій все ширше застосовується у виробництві літій-іонних акумуляторів. В результаті світове виробництво літію у 2012 р. склало 37 тисяч тонн - у п'ять разів більше, ніж у 2005 р.

З'єднання літію знаходять застосування у скляній та керамічній промисловості. Гідроксид літію - поглинач надлишку вуглекислого газу в кабінах космічних кораблів та підводних човнів. Карбонат літію застосовується у психіатрії на лікування деяких розладів. У середній людині міститься менше 1 мг літію.

Натрій

«Отримання металевого натрію відноситься до найважливіших відкриттів у хімії не тому одному, що через те розширилося і стало більш правильним уявлення про прості тіла, але тому особливо, що в натрії видно хімічні властивості, лише слабко виражені в інших загальновідомих металах.»

Д. І. Менделєєв. Основи хімії.

Російська назва "натрій" (вона є також у шведській та німецькій мовах) походить від слова "натрон": так древні єгиптяни називали суху соду, яку використовували в процесі муміфікації. У XVIII столітті назва "натрон" закріпилася за "мінеральною лугом" - їдким натром. Зараз натронним вапном називають суміш їдкого натру та оксиду кальцію (англійською soda lime), а натрій англійською (і в багатьох інших мовах - sodium). Слово "сода" походить від латинського назви рослини солянка (sodanum). Це прибережна морська рослина, золу якої в давнину використовували при виготовленні скла. У цій золі міститься карбонат натрію, який назвали содою. І зараз сода - найважливіша складова частина шихти для більшості стекол, зокрема віконних.

Першим із людей, який побачив, як виглядає металевий натрій, був Г. Деві, який виділив новий метал за допомогою електролізу. Він запропонував назву новому елементу - sodium.

Натрій - дуже активний метал, він швидко окислюється на повітрі, покриваючись товстою кіркою продуктів реакцій із киснем та водяними парами. Відомий лекційний досвід: якщо маленький шматочок натрію кинути у воду, він почне реагувати з нею, виділяючи водень. У реакції виділяється багато теплоти, яка розплавляє натрій, і його кулька бігає поверхнею. Вода охолоджує натрій і не дає водню спалахнути, але якщо шматок натрію буде більшим, можливе спалах і навіть вибух.

Металевий натрій широко застосовується для різних синтезів як відновник, а також осушувач неводних рідин. Він присутній у натрієво-сірчаних акумуляторах, що володіють високою ємністю. Легкоплавкий сплав натрію з калієм, рідкий при кімнатній температурі, працює теплоносієм, що відводить надмірну теплову енергію від ядерних реакторів. Усім відомий жовтий колір полум'я в присутності натрію: саме так забарвлюється полум'я газової конфорки, якщо в нього потрапить дрібна крапля солоного супу. Пари натрію світяться жовтим світлом в економічних газорозрядних лампах, що освітлюють вулиці.

Багато століть сіль була єдиним засобом консервації харчових продуктів. Без кухонної солі були б неможливі далекі морські плавання, кругосвітні експедиції та великі географічні відкриття. Історія Росії знає грандіозне повстання, що отримало назву Соляний бунт, яке почалося в 1648 і прокотилося по всій країні. Одна з причин повстання - підвищення податку на сіль.

Колись натрій отримували сотнями тисяч тонн на рік: його використовували для одержання тетраетилсвинцю, що підвищує октанове число бензину. Заборона на етильований бензин у багатьох країнах призвела до зниження виробництва натрію. Нині світове виробництво натрію – близько 100 тисяч тонн на рік.

Мінерал галіт (хлорид натрію) утворює величезні поклади кам'яної солі. Тільки Росії її запаси обчислюються десятками мільярдів тонн. Галіт зазвичай містить до 8% інших солей, в основному магнію та кальцію. Щорічно видобувається понад 280 млн тонн хлориду натрію, це одне з найбільших виробництв. Колись у великих кількостях видобували в Чилі нітрат натрію, звідси його назва – селітра чилійська.

Застосування знаходять й інші солі натрію, яких зараз відомо безліч. Одна з найвідоміших – сульфат натрію. Якщо ця сіль містить воду, вона називається глауберовою. Величезні її кількості утворюються при випаровуванні води в затоці Кара-Богаз-Гол Каспійського моря (Туркменія), а також деяких соляних озерах. В даний час розчини сульфату натрію використовуються як акумулятор тепла в пристроях, що зберігають сонячну енергію, у виробництві скла, паперу, тканин.

Натрій – життєво важливий елемент. Іони натрію знаходяться в основному у позаклітинній рідині та беруть участь у механізмі м'язових скорочень (недолік натрію викликає судоми), у підтримці водно-сольового (іони натрію затримують воду в організмі) та кислотно-лужного балансу (підтримання постійного значення рН крові). З хлориду натрію у шлунку виробляється соляна кислота, без якої неможливе перетравлення їжі. Вміст натрію в тілі середньої людини - близько 100 г. Натрій надходить в організм в основному у вигляді кухонної солі, її добова доза становить 3-6 г. Одноразова доза більше 30 г небезпечна для життя.

Калій

Арабською al-qili - зола, а також щось прожарене. Також стали називати продукт, одержуваний із золи рослин, т. е. карбонат калію. У золі соняшнику калію понад 30%. Без арабського артикля це слово російською перетворилося на «калій». Крім російської мови та латині (kalium), цей термін зберігся у багатьох європейських мовах: німецькій, голландській, датській, норвезькій, шведській (з латинським закінченням -um), у грецькій (κάλιο), а також у ряді слов'янських мов: сербській (каліјум) ), Македонською (каліум), словенською (kalij).

Калій - один із найпоширеніших елементів у земній корі. Основні його мінерали - сильвін (хлорид калію), сильвініт (змішаний хлорид калію та натрію) та карналіт (змішаний хлорид калію та магнію). Сільвін, а також нітрат калію (калійна, вона ж індійська селітра) у величезних кількостях використовуються як калійні добрива. Разом з азотом та фосфором калій – один із трьох найважливіших для живлення рослин елементів.

Англійська назва елемента (potassium), як і російська назва карбонату калію (поташ), запозичена з мов німецької групи; в англійській, німецькій та голландській ash - зола, pot - горщик, тобто поташ - це «зола з горщика». Раніше карбонат калію отримували, випаровуючи у чанах витяжку із золи; її використовували для отримання мила. Калієве мило, на відміну від натрієвого, рідке. Від арабської назви золи походить назва лугу у багатьох європейських мовах: англ. та голл. alkali, нім. Аlkali, франц. та італ. alcali тощо. Той самий корінь є у слові «алкалоїди» тобто «подібні луги»).

Калій був першим елементом, який відкрив Г. Деві (він уперше отримав також літій, барій, кальцій, стронцій, магній та бор). Деві піддав електролізу вологий шматок гідроксиду калію. При цьому на його поверхні, за словами Деві, «з'являлися маленькі кульки з сильним металевим блиском, що зовні не відрізнялися від ртуті. Деякі з них відразу ж після своєї освіти згоряли з вибухом і з появою яскравого полум'я, інші ж не згоряли, а лише тьмяніли, і поверхня їх покривалася білою плівкою». Калій – дуже активний метал. Його маленький шматочок, занесений у воду, вибухає.

Калій - важливий біоелемент, в людини міститься від 160 до 250 г калію, більше, ніж натрію. Іони калію беруть участь у проходженні нервових імпульсів. Багато калію містять фрукти та овочі.

Гідроксид калію використовується для одержання мила. Він служить електролітом у лужних акумуляторах - залізо-нікелевих, нікель-металогідридних. Раніше нітрат калію (калієва селітра) у величезних кількостях витрачався для виробництва чорного пороху; зараз він використовується як добрива.

Природний калій містить 0,0117% радіонукліду 40К, що довго живе, з періодом піврозпаду 1,26 млрд років. Цим пояснюється той факт, що калій-40 дожив до нашого часу з моменту його синтезу в ядерних реакціях у зірках. Однак з моменту утворення Землі 4,5 млрд. років тому вміст 40К на планеті через його розпад знизився в 12,5 разів! У тілі людини масою 70 кг міститься приблизно 20 мг 40К, чи 3 · 1020 атомів, у тому числі кожну секунду розпадається понад 5000 атомів! Ймовірно, що таке «внутрішнє» опромінення (посилене розпадом вуглецю-14) було однією з причин мутацій під час еволюції живої природи. Світове виробництво металевого калію невелике: близько 200 тонн на рік.

Рубідій та цезій

Рубідій і цезій - перші хімічні елементи, відкриті за допомогою спектрального аналізу. Цей метод розробили німецькі вчені та друзі - фізик Густав Роберт Кірхгоф (1824-1887) та хімік Роберт Вільгельм Бунзен (1811-1899), які працювали у Гейдельберзькому університеті. За допомогою цього виключно чутливого методу вони аналізували всі речовини, що їм траплялися, в надії знайти щось нове. І на початку 1860-х років. відкрили два нові елементи. Це сталося, коли аналізували сухий залишок, отриманий випарюванням води з мінеральних джерел курорту Бад-Дюркхайм, за 30 км від Гейдельберга. У спектрі цієї речовини, окрім уже відомих ним ліній натрію, калію та літію, Кірхгоф та Бунзен помітили дві слабкі блакитні лінії. Вони зрозуміли, що ці лінії належать невідомому хімічному елементу, який є у воді в дуже малих кількостях. Світлом спектральних ліній новий елемент

Продовживши дослідження, Кірхгоф і Бунзен виявили у надісланому ним із Саксонії алюмосилікатному мінералі лепідо (літієвій слюді) ще один елемент, у спектрі якого виділялися темно-червоні лінії. Його назвали рубідієм: від лат. rubidus – червоний. Цей же елемент був виявлений у мінеральній воді, звідки хіміку Бунзен вдалося його виділити. Варто згадати, що для отримання кількох грамів солі рубідія довелося переробити 44 тонни мінеральної води та понад 180 кг лепідоліту.

І як наприкінці XIX століття в не менш титанічній роботі з виділення солі радію «компасом» для Марії Кюрі служила радіоактивність, аналогічним «компасом» для Кірхгофа та Бунзена був спектроскоп.

Рубідій та цезій – типові лужні метали. Це підтвердилося, коли хімік Бунзен відновлення солі рубідії отримав цей елемент у вигляді металу. Більш активний цезій вдалося отримати в чистому вигляді тільки в 1881 шведському хіміку Карлу Теодору Сеттербергу (1853-1941) шляхом електролізу розплавленого ціаніду цезію. Цезій - один із легкоплавких металів. У чистому вигляді має золотистий колір. Але отримати чистий цезій непросто: на повітрі він миттєво спалахує. Чистий рубідій плавиться всього при 39,3 ° С, цезій - на 10 градусів нижче, і дуже спекотний літній день зразки цих металів в ампулах стають рідкими.

Світове виробництво металевого рубідію невелике - близько 3 тонн на рік. У медицині використовується рубідій-87: його атоми поглинаються клітинами крові, і з випромінювання ними швидких електронів з допомогою спеціального устаткування помітні «вузькі місця» в кровоносних судинах. Використовується рубідій в елементах сонячних батарей.

В організмі людини середнього віку міститься приблизно 0,7 г рубідії, а цезію - всього 0,04 мг.

Електронні переходи в атомах цезію використовуються у виключно точних «атомних годинниках». У всьому світі зараз понад 70 таких найточніших годинників - еталонів часу: помилка становить менше секунди за 100 мільйонів років. По цезієвому годиннику визначена одиниця часу - секунда.

Було запропоновано використовувати іони цезію для розгону ракети за допомогою електрореактивного двигуна. У ньому іони прискорюються у сильному електростатичному полі та викидаються через сопло.

Електричні ракетні двигуни при малій тязі здатні працювати тривалий час і здійснювати польоти на великі відстані.

Франція

Цей елемент відкрила (за його радіоактивністю) у 1939 р. співробітниця Інституту радію у Парижі Маргарита Перей (1909-1975), а назву йому вона дала на честь своєї батьківщини у 1946 р.

Францій - сусід цезію за періодичною системою елементів. Д. І. Менделєєв і назвав не відкритий тоді ще елемент - екацезієм. Цей останній і найважчий лужний метал разюче відрізняється від усіх інших у його групі. По-перше, ніхто ніколи не бачив і не побачить навіть найдрібніший шматочок Франції. По-друге, у Франції немає таких фізичних властивостей, як щільність, температура плавлення та кипіння. Отже термін «найважчий метал» можна зарахувати лише до його атомів, але з простої речовини. І все тому, що францій - штучно отриманий радіоактивний елемент, самий довгоживучий його ізотоп 223 Fr має період напіврозпаду всього 22 хвилини. А щоб вивчити фізичні властивості речовини, потрібно мати її у вигляді хоча б найменшого шматочка. Але для Франції це неможливо.

Франції отримують штучно. І в міру синтезу його атоми швидко розпадаються. Причому що більше накопичено атомів, то більше вписувалося їх розпадається в одиницю часу. Значить, щоб просто підтримувати число атомів Франції постійним, їх потрібно синтезувати зі швидкістю не меншою, ніж швидкість їхнього розпаду. При синтезі Франції в Дубні шляхом опромінення урану потужним пучком протонів кожну секунду виходив приблизно мільйон атомів цього елемента. За такої швидкості синтезу швидкість розпаду зразка стає рівною швидкості його утворення, коли кількість його атомів дорівнює двом мільярдам. Це зовсім незначна кількість речовини, її навіть у мікроскоп не видно.

Крім того, ці атоми не зібрані в шматочок металу, а розподілені поверхнею уранової мішені. Тож не дивно, що у всій земній кулі будь-якої миті набереться не більше двох-трьох десятків грамів Франція, розсіяних поодинці в радіоактивних гірських породах.

З усієї періодичної системи більшість елементів представляє групу металів. амфотерні, перехідні, радіоактивні – їх дуже багато. Усі метали грають величезну роль у природі і біологічному житті, а й у різних галузях промисловості. Адже не дарма XX століття було названо "залізним".

Метали: загальна характеристика

Усі метали поєднуються загальними хімічними та фізичними властивостями, за якими їх легко відрізнити від неметалевих речовин. Так, наприклад, будова кристалічних ґрат дозволяє їм бути:

• провідниками електричного струму;
• добрими теплопровідниками;
• ковкими та пластичними;
• міцними та блискучими.

Звісно, ​​серед них є й відмінності. Одні метали блищать сріблястим кольором, інші більш матовим білим, треті взагалі червоним і жовтим. Також відмінності є й у показниках тепло- та електропровідності. Проте ці параметри - загальні всім металів, тоді як в неметалів більше відмінностей, ніж схожості.

За хімічною природою усі метали – відновники. Залежно від умов реакції та конкретних речовин можуть виступати й у ролі окислювачів, проте рідко. Чи здатні утворювати численні речовини. Хімічні сполуки металів зустрічаються у природі у величезній кількості у складі руди чи з корисними копалинами, мінералів та інших порід. Ступінь завжди позитивний, може бути постійним (алюміній, натрій, кальцій) або змінним (хром, залізо, мідь, марганець).

Багато хто з них набув широкого поширення як будівельні матеріали, що використовуються в різних галузях науки і техніки.

Хімічні сполуки металів

Серед таких слід назвати кілька основних класів речовин, які є продуктами взаємодії металів з іншими елементами та речовинами.

1. Оксиди, гідриди, нітриди, силіциди, фосфіди, озоніди, карбіди, сульфіди та інші – бінарні сполуки з неметалами, найчастіше відносяться до класу солей (крім оксидів).
2. Гідроксиди – загальна формула Ме +х (ОН) х.
3. Солі. З'єднання металів із кислотними залишками. Можуть бути різними:

• середні;
• кислі;
• подвійні;
• основні;
• комплексні.

4. Сполуки металів з органічними речовинами – металорганічні структури.

5. З'єднання металів один з одним - сплави, що виходять різними способами.

Варіанти з'єднання металів

Речовини, в яких одночасно можуть бути два різні метали і більше, поділяються на:

• сплави;
• подвійні солі;
• комплексні з'єднання;
• інтерметаліди.

Способи з'єднання металів між собою також змінюються. Наприклад, для отримання сплавів використовують метод розплавлення, змішування та затвердіння отриманого продукту.

Інтерметаліди утворюються внаслідок прямих хімічних реакцій між металами, які нерідко відбуваються з вибухом (наприклад, цинк та нікель). Для таких процесів потрібні особливі умови: дуже висока температура, тиск, вакуумність, відсутність кисню та інші.

Сода, сіль, каустик – все це з'єднання лужних металів у природі. Вони існують у чистому вигляді, формуючи поклади, або входять до складу продуктів згоряння тих чи інших речовин. Іноді їх одержують лабораторним способом. Але ці речовини важливі і цінні, оскільки оточують людини і формують її побут.

З'єднання лужних металів та їх застосування не обмежуються лише натрієм. Також поширені та популярні у галузях господарства такі солі, як:

• хлорид калію;
• (Нітрат калію);
• карбонат калію;
• сульфат.

Усі вони є цінними мінеральними добривами, які у сільське господарство.

Лужноземельні метали - сполуки та їх застосування

До цієї категорії належать елементи другої групи головної підгрупи системи хімічних елементів. Їх постійний ступінь окиснення +2. Це активні відновники, які легко вступають у хімічні реакції з більшістю сполук і простих речовин. Виявляють усі типові властивості металів: блиск, ковкість, тепло та електропровідність.

Найважливішими та найпоширенішими з них є магній і кальцій. Берилій виявляє амфотерність, барій та радій відносяться до рідкісних елементів. Усі вони здатні формувати такі типи сполук:

• інтерметалеві;
• оксиди;
• гідриди;
• бінарні солі (з'єднання з неметалами);
• гідроксиди;
• солі (подвійні, комплексні, кислі, основні, середні).

Розглянемо найважливіші сполуки з практичної точки зору та їх сфери застосування.

Солі магнію та кальцію

Такі сполуки лужноземельних металів як солі мають важливе значення для живих організмів. Адже саме солі кальцію є джерелом цього елемента в організмі. А без нього неможливе нормальне формування скелета, зубів, рогів у тварин, копит, волосся та шерстного покриву тощо.

Так, найпоширенішою сіллю лужноземельного металу кальцію є карбонат. Його інші назви:

• мармур;
• вапняк;
• доломіт.

Використовується не тільки як постачальник іонів кальцію в живий організм, а й як будматеріал, сировина для хімічних виробництв, у косметичній промисловості, скляній тощо.

Такі сполуки лужноземельних металів, як сульфати, також мають важливе значення. Наприклад, сульфат барію (медична назва "баритова каша") використовується в рентгенодіагностиці. Сульфат кальцію у вигляді кристалогідрату - це гіпс, який міститься в природі. Він використовується в медицині, будівництві, штампуванні зліпків.

Фосфори із лужноземельних металів

Ці речовини відомі ще з Середніх віків. Раніше їх називали люмінофори. Ця назва зустрічається і зараз. За своєю природою дані сполуки - це сульфіди магнію, стронцію, барію, кальцію.

При певній обробці вони здатні виявляти фосфоресційні властивості, причому свічення дуже гарне, від червоного до яскраво-фіолетового. Це застосовується при виготовленні дорожніх знаків, спецодягу та інших речей.

Комплексні з'єднання

Речовини, які включають два і більше різних елементів металевої природи, - комплексні з'єднання металів. Найчастіше вони є рідини, що володіють красивими і різнобарвними забарвленнями. Використовуються в аналітичній хімії для якісного визначення іонів.

Такі речовини здатні утворювати як лужні і лужноземельні метали, а й інші. Бувають гідроксокомплекси, аквакомплекси та інші.

Що таке лужні метали? Це елементи першої групи, основної підгрупи періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва. До них належать такі метали: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Вони мають ряд властивостей, які притаманні цій групі.

Особливості

Ці метали мають невеликі значення щільностей (літій, натрій, калій легше за воду), низькі температури плавлення (максимальна у літію – 180,6 °C). Вони м'які, легко ріжуться ножем, швидко окислюються, тому їх зберігають у ємностях, заповнених хімічно малоактивними газами або рідинами (зазвичай гас).

Усі метали цієї підгрупи мають сріблясто-білий колір. У періодичній системі елементів Д. І. Менделєєва лужні метали завжди йдуть за інертними газами. Інертні чи благородні гази дуже погано вступають у будь-які хімічні реакції, вони хімічно неактивні гази і це тим, що й електронні оболонки повністю заповнені.

На відміну від газів, у лужних металів з'являється один неспарений електрон на зовнішньому енергетичному рівні. Тому у хімічних реакціях ці метали виступають донорами електронів. Вони завжди мають ступінь окислення +1, хімічно дуже активні - активно реагують з кислотами (з вибухом), бурхливо реагують з водою, виділяючи водень і утворюючи луги MeOH (тут Me - метал). Активність цих металів збільшується від Li до Fr.

Літій - це перший елемент групи лужних металів. Атомна маса - 6,941, складається з двох природних ізотопів 6Li (7,5%) та 7Li (92,5%), також відомо про отримання штучним шляхом ще двох ізотопів, але тривалість їхнього життя дуже мала.

Цікавий факт про лужний метал — вартість 7Li у кілька разів вища за вартість 6Li, хоча перший більш поширений. Історія відкриття цього елемента пов'язані з ім'ям шведського хіміка І. А. Арфведсона.

Калій, що з натрієм, грає найважливішу роль роботі клітин живих організмів, підтримуючи їх мембранний потенціал. В організмі людини міститься близько 175 г цього металу, і для підтримки цього запасу його потрібно щодня поповнювати приблизно на 4 грами.

У природі зустрічається часто, але тільки у складі сполук, що займає третє місце за кількістю вмісту його у воді. При нестачі в ґрунті цей метал вводять у вигляді добрив: хлориду калію KCl, сульфату калію K2SO4 та золи рослин.

Багатьом відомо таку речовину, як ціаністий калій; але мало хто знає, де його використовують. А використовують його для гальванічного сріблення і золочення неблагородних металів, вилучення дорогих металів, зокрема срібла і золота, з руд.

Цезій було відкрито 1860 року в цілющих мінеральних джерелах Шварцвальдена. Атомна маса – 132,905.

Даний метал використовується в таких галузях: автоматиці та електроніці, радіолокації та кіно, а також в атомних реакторах і космічних кораблях. То справді був перший елемент, який відкрили з допомогою спектрального аналізу.

Франція

Францій – це найнестабільніший і найважчий елемент серед лужних металів з атомною масою 223 та періодом напіврозпаду 22 хвилини. Через такі характеристики його було дуже складно виділити.

Це дуже рідкісний метал якого, за підрахунками вчених, у земній корі знаходиться лише близько 500 грамів, тому францій досліджували на штучно створених зразках.

Натрій

Натрій — один із найпоширеніших лужних металів. Через це його використовують у різноманітних галузях. Наприклад, розчином ціаніду натрію обробляють руди дорогоцінних металів. В результаті одержують координаційні сполуки, з якого за допомогою цинку виділяють чисте золото або срібло.

Натрій також використовують на атомних підводних човнах як теплоносій через його деякі фізичні властивості (велика різниця між температурами плавлення та кипіння). У природі натрій не зустрічається у чистому вигляді – надто активний, тому лише у складі руд.

Цікавий факт – в атмосфері на висоті близько 80 км виявлено шар атомарного натрію. Це тим, що у таких висотах немає елементів із якими натрій зміг би взаємодіяти.

Рубідій

Рубідій – це по-своєму цікавий лужний метал. Маючи атомну масу 85467 метал є радіоактивним. При зіткненні з повітрям рубідій спалахує і горить рожево-фіолетовим полум'ям, з водою, F, Cl, Br, I, S – відбувається вибух.

Цікава особливість рубідії - це здатність виробляти електричний струм під впливом сонячного випромінювання.

Хоча лужні метали і мають ряд особливостей властивих їм усім, кожен із них також має властивості, характерні лише йому. Деякі елементи досі дуже погано вивчені, а з огляду на затребуваність металів цієї групи різними галузями промисловості давно назріла необхідність заповнити порожні місця в наукових довідниках.

До лужних металів відносяться метали ІА групи Періодичної системи Д.І. Менделєєва - літій (Li), натрій (Na), калій (K), рубідій (Rb), цезій (Cs) та францій (Fr). На зовнішньому енергетичному рівні лужних металів є один валентний електрон. Електронна конфігурація зовнішнього енергетичного рівня лужних металів – ns 1 . У своїх сполуках вони виявляють єдиний ступінь окислення рівний +1. У ОВР є відновниками, тобто. віддають електрон.

Фізичні властивості лужних металів

Всі лужні метали легкі (мають невелику щільність), дуже м'які (за винятком Li легко ріжуться ножем і можуть бути розкотені у фольгу), мають низькі температури кипіння і плавлення (зі зростанням заряду ядра атома лужного металу відбувається зниження температури плавлення).

У вільному стані Li, Na, K та Rb – сріблясто-білі метали, Cs – метал золотисто-жовтого кольору.

Лужні метали зберігають у запаяних ампулах під шаром гасу або вазелінової олії, оскільки вони мають високу хімічну активність.

Лужні метали мають високу тепло- та електропровідність, що обумовлено наявністю металевого зв'язку та об'ємоцентрованої кристалічної решітки.

Одержання лужних металів

Всі лужні метали можливо отримати електролізом розплаву їх солей, проте на практиці таким способом отримують тільки Li і Na, що пов'язано з високою хімічною активністю K, Rb, Cs:

2LiCl = 2Li + Cl 2

2NaCl = 2Na + Cl 2

Будь-який лужний метал можна отримати відновленням відповідного галогеніду (хлориду або броміду), застосовуючи як відновники Ca, Mg або Si. Реакції проводять при нагріванні (600 – 900С) та під вакуумом. Рівняння отримання лужних металів у такий спосіб:

2MeCl + Ca = 2Mе + CaCl 2 ,

де Ме – метал.

Відомий спосіб отримання літію з його оксиду. Реакцію проводять при нагріванні до 300°З вакуумом:

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

Отримання калію можливе реакції між розплавленим гідроксидом калію і рідким натрієм. Реакцію проводять при нагріванні до 440°С:

KOH + Na = K + NaOH

Хімічні властивості лужних металів

Усі лужні метали активно взаємодіють із водою утворюючи гідроксиди. Через високу хімічну активність лужних металів перебіг реакції взаємодії з водою може супроводжуватися вибухом. Найбільше спокійно з водою реагує літій. Рівняння реакції у загальному вигляді:

2Me + H 2 O = 2MeOH + H 2

де Ме – метал.

Лужні метали взаємодіють з киснем повітря, утворюючи ряд різних сполук – оксиди (Li), пероксиди (Na), надпероксиди (K, Rb, Cs):

4Li + O 2 = 2Li 2 O

2Na + O 2 =Na 2 O 2

Усі лужні метали при нагріванні реагують з неметалами (галогенами, азотом, сіркою, фосфором, воднем та ін.). Наприклад:

2Na + Cl 2 =2NaCl

6Li + N 2 = 2Li 3 N

2Li +2C = Li 2 C 2

2Na + H 2 = 2NaH

Лужні метали здатні взаємодіяти із складними речовинами (розчини кислот, аміак, солі). Так, при взаємодії лужних металів з аміаком відбувається утворення амідів:

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

Взаємодія лужних металів із солями відбувається за наступним принципом - витісняють менш активні метали (див. ряд активності металів) з їх солей:

3Na + AlCl 3 = 3NaCl + Al

Взаємодія лужних металів з кислотами неоднозначно, оскільки при протіканні таких реакцій метал спочатку реагуватиме з водою розчину кислоти, а луг, що утворюється в результаті цієї взаємодії, буде реагувати з кислотою.

Лужні метали реагують з органічними речовинами, такими як спирти, феноли, карбонові кислоти:

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

Якісні реакції

Якісною реакцією на лужні метали є фарбування полум'я їх катіонами: Li + забарвлює полум'я у червоний колір, Na + - у жовтий, а K +, Rb +, Cs + - у фіолетовий.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання	Здійсніть хімічні перетворення Na→Na 2 O→NaOH→Na 2 SO 4
Рішення	4Na + O 2 →2Na 2 O Останні матеріали розділу: