Продукты на основе этих металлов стали неотъемлемой частью жизни человека. Это и поваренная соль, и пищевая сода, и марганцовка.
Щелочные металлы ценят преподаватели химии: опыты с такими субстанциями способны увлечь химией любого.
Что представляют собой
Щелочные металлы – это элементы, занимающие почти весь первый столбец таблицы Менделеева. Кроме них, там расположился только водород.
К щелочным металлам относятся:
Плюс:
Названы щелочными вследствие растворимости соединений водой.
Результат воздействия воды – гидроксиды. Они также растворимы, потому называются щелочами.
Древние славяне под выщелачиванием подразумевали растворение вещества водой.
Особенности структуры
У атома щелочного металла на внешнем слое один электрон. Степень окисления у металлов группы одна – +1.
Этим обусловлена сходность характеристик элементов щелочного сегмента.
Как представлены в природе
Щелочная группа представлена на планете по-разному:
- Самые распространенные элементы – натрий с калием.
- Литий, рубидий, цезий причислены к редким и рассеянным.
- Самым редкостным щелочным металлом является франций. По редкости этот радиогенный материал – второй на планете: суммарный объем в земной коре не превышает трети килограмма.
Из-за повышенной активности щелочные металлы в природе не встречаются. Лишь как соединения с прочими элементами.
Поставщики натрия с калием:
- Хлорид натрия – обычная каменная соль. Ее содержит вода морей и океанов.
- Глауберова соль.
- Соли калия находят в почвах.
Металлы входят в структуру ряда минералов. Это в основном алюмосиликаты: альбит – натриевый; ортоклаз (полевой шпат) – калийный.
Технология получения
Щелочные металлы получают несколькими способами:
- Электролиз. Материалом служат расплавы их хлоридов (или других галогенидов) либо гидроксиды. Растворы солей как исходник не годятся: конечным продуктом становятся водород и щелочи.
- Восстановление из бромида, хромата либо хлорида. Восстановителями выступают магний, цирконий, кальций, кремний. Процесс получения протекает в вакууме при температурах под 1000°С, образующийся металл периодически отгоняется.
Натрий восстанавливают из карбоната. Ингредиенты: уголь, известняк, температура 990°C. Для промышленных нужд синтезируют гидроксид из крепкого раствора поваренной соли.
Физико-химические свойства
Металлы щелочного сегмента наделены общими и оригинальными физическими и химическими свойствами.
Физические характеристики
Элементы группы наделены общими физическими свойствами:
- Мягкость. Любой (кроме лития) легко режется.
- Легкость. Плотность лития, натрия, калия меньше единицы. Они не тонут в воде.
- Серебристо-белый цвет. Только цезий наделен желтоватостью на серебристом фоне.
- Металлический отблеск.
Оксиды группы обладают типичными для этого вида соединений свойствами: реагируют с водой, кислотами, их оксидами. У каждого свой цвет. Устойчивость и цветность оксидов щелочных элементов увязана с габаритами атома.
Химические параметры
Главная особенность щелочной группы – чрезмерная химическая активность:
- Разогретые щелочные элементы реагируют с азотом, кремнием, галогенами, серой, фосфором, углеродом. Результат – соответствующие продукты (галогениды, сульфиды, карбиды, силициды, др.)
- При нагревании с прочими металлами образуются полуметаллы (интерметаллиды).
- На воздухе сгорают.
При взаимодействии металлов с водой выделяется водород, возможен взрыв.
Окраска пламени щелочными металлами и их соединениями:
| Щелочной металл | Цвет пламени |
|---|---|
| Li | Карминно-красный |
| Na | Жёлтый |
| K | Фиолетовый |
| Rb | Буро-красный |
| Cs | Фиолетово-красный |
Элементы, не тонущие в воде, горят и взрываются в ней:
- Калий создает пламя фиалковой гаммы, взрыв самый сильный.
- У натрия пламя желтое, взрыв послабее.
- Литий просто горит.
Взрывом заканчивается реакция с кислотами.
Все щелочные металлы бурно реагируют на воду. Процесс сопровождается водородным фонтаном, затем пламенем, взрывом.
Мирно протекают реакции со спиртами, карбоновыми кислотами, другими органическими субстанциями.
| Формула кислородного соединения | Цвет |
|---|---|
| Li2O | Белый |
| Na2O | Белый |
| K2O | Желтоватый |
| Rb2O | Жёлтый |
| Cs2O | Оранжевый |
| Na2O2 | Светло- жёлтый |
| KO2 | Оранжевый |
| RbO2 | Тёмно- коричневый |
| CsO2 | Жёлтый |
Как опознать щелочной металл
Вид щелочного металла «выдает» окрас пламени:
- Калий – фиолетовый.
- Цезий – красновато-фиалковый.
- Рубидий – цвет чайной розы.
- Литий – пурпурный.
Натрий либо его соединения делают пламя охристо-желтым.
Где используются
Промышленники оценили утилитарные свойства щелочных металлов. Они легкоплавки, пластичны (раскатываются до фольги), хорошо куются, пропускают тепло и электричество.
Самый известный продукт – поваренная соль (формула NaCl). Ее дополняют кальцинированная сода с едким натром (карбонат, гидроксид натрия), марганцовка (перманганат калия).
Их производят миллионами тонн:
- Каустическая сода (в просторечии едкий натр) – ингредиент при варке мыла, производстве алюминия, искусственных волокон.
- Кальцинированная сода – сырье для получения мыла, стекла, заменитель хозяйственного мыла.
Каустическая и кальцинированная сода, глауберова соль несъедобны. Только столовая сода и поваренная соль.
- Пищевая сода нашла применение как домашнее средство для устранения ангины, обязательный ингредиент выпечки, натуральный консервант.
Альбит и ортоклаз классифицируются как коллекционный и декоративно-поделочный материал.
Техника безопасности
Химически активные элементы требуют осторожности.
При самостоятельной работе соблюдают следующие правила:
- Перед началом работы надеть защитные перчатки и очки (маску).
- Кусочек отрезают скальпелем от массива, не вытаскивая из керосина.
- В емкости, заполненной аргоном, счищают с поверхности остатки оксидов.
- Очищенный образец помещают в сосуд, где будет проводиться опыт.
- Остатки, не затронутые реакцией, засыпают сухим спиртом.
Аналогичный порядок работы со щелочноземельными элементами. Они так же химически активны.
Щелочные и щелочноземельные металлы хранят притопленными в керосине: контакт с водой, воздухом заканчивается взрывом.
Загрузка...
