Щелочные металлы

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 960.

Наиболее активными среди металлов являются щелочные металлы. Они активно вступают в реакции с простыми и сложными веществами.

Общие сведения

Щелочные металлы находятся в I группе периодической таблицы Менделеева. Это мягкие одновалентные металлы серо-серебристого цвета с небольшой температурой плавления и невысокой плотностью. Проявляют единственную степень окисления +1, являясь восстановителями. Электронная конфигурация – ns¹.

Общая характеристика металлов I группы приведена в таблице.

Список щелочных металлов	Формула	Номер	Период	t°_пл., °C	t°_кип., °C	ρ, г/см³
Литий	Li	3	2	180,5	1340	0,533
Натрий	Na	11	3	98	883	0,968
Калий	K	19	4	63,07	759	0,856
Рубидий	Rb	37	5	39,5	688	1,532
Цезий	Cs	55	6	28,4	671	1,90
Франций	Fr	87	7	20	690	1,87

Активные металлы быстро реагируют с другими веществами, поэтому в природе находятся только в составе минералов.

Получение

Для получения чистого щелочного металла используется несколько способов:

электролиз расплавов, чаще всего хлоридов или гидроксидов –

2NaCl → 2Na + Cl₂, 4NaOH → 4Na + 2H₂O + O₂↑;
прокаливание соды (карбоната натрия) с углём для получения натрия –

Na₂CO₃ + 2C → 2Na + 3CO;
восстановление кальцием рубидия из хлорида при высоких температурах –

2RbCl + Ca → 2Rb + CaCl₂;
восстановление цезия из карбоната с помощью циркония –
2Cs₂CO₃ + Zr → 4Cs + ZrO₂ + 2CO₂.

Взаимодействие

Свойства щелочных металлов обусловлены их строением. Находясь в первой группе периодической таблицы, они имеют всего один валентный электрон на внешнем энергетическом уровне. Единственный электрон легко переходит к атому окислителя, что способствует быстрому вступлению в реакцию.

Металлические свойства увеличиваются в таблице сверху вниз, поэтому литий расстаётся с валентным электроном труднее, чем франций. Литий – наиболее твёрдый элемент среди всех щелочных металлов. Реакция лития с кислородом проходит только под воздействием высокой температуры. С водой литий реагирует значительно медленнее, чем остальные металлы группы.

Общие химические свойства представлены в таблице.

Реакция	Продукты	Уравнение
С кислородом	Оксид (R₂O) образует только литий. Натрий образует смесь оксида и пероксида (R₂O₂). Остальные металлы образуют надпероксиды (RO₂)	– 4Li + O₂ → 2Li₂O; – 6Na + 2O₂ → 2Na₂O + Na₂O₂; – K + O₂ → KO₂
С водородом	Гидриды	2Na + H₂ → 2NaH
С водой	Гидроксиды	2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑
С кислотами	Соли	2Na + 2HCl → 2NaCl + H₂↑
С галогенами	Галогениды	2Li + Cl₂ → 2LiCl
С азотом (реагирует только литий при комнатной температуре)	Нитрид	6Li + N₂ → 2Li₃N
С серой	Сульфиды	2Na + S → Na₂S
С углеродом (реагируют только литий и натрий)	Карбиды	– 2Li + 2C → Li₂C₂; – 2Na + 2C → Na₂C₂
С фосфором	Фосфиды	3K + P → K₃P
С кремнием	Силициды	4Cs + Si → Cs₄Si
С аммиаком	Амиды	2Li + 2NH₃ → 2LiNH₂ + H₂

При качественной реакции имеют разный цвет пламени. Литий горит малиновым, натрий – жёлтым, цезий – розово-фиолетовым пламенем. Оксиды щелочных металлов также имеют разный цвет. Натрий становится белым, рубидий и калий – жёлтыми.

Рис. 2. Качественная реакция щелочных металлов.

Применение

Простые металлы и их соединения используются для изготовления лёгких сплавов, металлических деталей, удобрений, соды и других веществ. Рубидий и калий используются в качестве катализаторов. Пары натрия применяются в люминесцентных лампах. Не имеет практического применения только франций из-за радиоактивных свойств. Как используют элементы I группы кратко описано в таблице применения щелочных металлов.

Область применения	Применение
Химическая промышленность	– Натрий ускоряет реакцию при производстве каучука; – гидроксид калия и натрия – производство мыла; – карбонат натрия и калия – изготовление стекла, мыла; – гидроксид натрия – изготовление бумаги, мыла, ткани; – нитрат калия – производство удобрений
Пищевая промышленность	– Хлорид натрия – поваренная соль; – гидрокарбонат натрия – питьевая сода
Металлургия	Калий и натрий являются восстановителями при получении титана, циркония, урана
Энергетика	– Расплавы калия и натрия используются в атомных реакторах и авиационных двигателях; – литий используется для производства аккумуляторов
Электроника	Цезий – производство фотоэлементов
Авиация и космонавтика	Сплавы из алюминия и лития используются для корпусов машин и ракет

Что мы узнали?

Из урока 9 класса узнали об особенностях щелочных металлов. Они находятся в I группе таблицы Менделеева и при реакциях отдают один валентный электрон. Это мягкие металлы, легко вступающие в химические реакции с простыми и сложными веществами – галогенами, неметаллами, кислотами, водой. В природе встречаются только в составе других веществ, поэтому для их извлечения используется электролиз или реакция восстановления. Применяются в промышленности, строительстве, металлургии, энергетике.