Меню сайта
Наш опрос
Погода
|
Щелочные металлыЩелочные металлы. Положение щелочных металлов в периодической системе и строение атомов. Нахождение в природе. Физические и химические свойства. Применение щелочных металлов и их соединенийУчебный фильм: “Щелочные металлы” Нахождение в природе К щелочным металлам относятся элементы первой группы, главной подгруппы: литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций.
Na-2,64% (по массе), K-2,5% (по массе), Li, Rb, Cs - значительно меньше, Fr- искусственно полученный элемент Цезий – самый активный металл на Земле Li:
Li2O • Al2O3 • 4SiO2 – сподумен Na: NaCl – поваренная соль (каменная соль), галит Na2SO4 • 10H2O – глауберова соль (мирабилит) NaNO3 – чилийская селитра Na3AlF6 - криолит K: KCl • NaCl – сильвинит KCl • MgCl2 • 6H2O – карналлит K2O • Al2O3 • 6SiO2 – полевой шпат (ортоклаз) Литий
Элемент №3, названный литием (от греческого λιτοσ – камень), открыт в 1817 г.Шведский химик И.А. Арфведсон, ученик знаменитого Берцелиуса, анализировал минерал, найденный в железном руднике Уто.
С виду минерал, в котором нашли новый элемент, был камень как камень, и потому Берцелиус предложил Арфведсону назвать новый элемент литием. Тот, видимо, не стал спорить, ибо это название сохранилось до наших дней. В большинстве европейских языков, как и в латыни, элемент №3 называется Lithium.
Натрий 3 января 1959 г. в небе появилась комета. Не обычная комета – искусственная: из летящей к Луне советской космической ракеты было выпущено облако паров натрия. Яркое свечение натриевой кометы позволило уточнить траекторию первого летательного аппарата, прошедшего по маршруту Земля – Луна.
По распространенности на нашей планете натрий занимает шестое место среди всех элементов. И не удивительно, что с соединениями натрия наши предки познакомились очень давно. Питекантропу хлористый натрий был так же необходим, как и современному человеку.
В Ветхом завете упоминается некое вещество «нетер». Это вещество употреблялось, по современной терминологии, как моющее средство. Скорее всего нетер – это просто сода, углекислый натрий, который образовывался в соленых египетских озерах с известковыми берегами. Об этом же веществе, но под названием «нитрон» писали позже греческие авторы Аристотель, Диоскорид, а древнеримский историк Плиний Старший, упоминая это же вещество, называл его уже «нитрум». (Как это часто бывает, в конце концов возникла путаница, и в XVI в. термином «нитрум» обозначали селитру – азотнокислый натрий.)
У арабских алхимиков вместо «нитрум» употреблялся термин «натрон». От «натрона» и произошло современное название «натрий».
Калий Человечество знакомо с калием больше полутора веков. В лекции, прочитанной в Лондоне 20 ноября 1807 г., Хэмфри Дэви сообщил, что при электролизе едкого кали он получил «маленькие шарики с сильным металлическим блеском... Некоторые из них сейчас же после своего образования сгорали со взрывом». Это и был калий.
Слово это арабского происхождения. По-арабски, «аль-кали» – зола растений. Впервые калии получен из едкого кали, а едкое кали – из поташа, выделенного из золы растений... Впрочем, в английском и других европейских языках сохранилось название potassium, данное калию его первооткрывателем X. Дэви. Как нетрудно догадаться, эта слово берет начало от слова «поташ».
В русскую химическую номенклатуру название «калий» введено в 1831 г. Г.И. Гессом.
Рубидий
С первого взгляда рубидий не производит особого впечатления. Правда, его демонстрируют не на черном бархате, а в запаянной и предварительно вакуумированной стеклянной ампуле. Своим внешним видом – блестящей серебристо-белой поверхностью этот щелочной металл напоминает большинство других металлов. Однако при более близком знакомстве выявляется ряд присущих ему необычайных, подчас уникальных особенностей.
Так, стоит лишь несколько минут подержать в руках ампулу с рубидием, как он превращается в полужидкую массу – ведь температура плавления рубидия всего 39°C.
Почему его назвали рубидием? Rubidus – по-латыни «красный». Казалось бы, это имя скорее подходит меди, чем очень обыкновенному по окраске рубидию. Но не будем спешить с выводами.
Это название было дано элементу №37 его первооткрывателями Кирхгофом и Бунзеном. Сто с лишним лет назад, изучая с помощью спектроскопа различные минералы, они заметили, что один из образцов лепидолита, присланный из Розены (Саксония), дает особые линии в темно-красной области спектра. Эти линии не встречались в спектрах ни одного известного вещества. Вскоре аналогичные темно-красные линии были обнаружены в спектре осадка, полученного после испарения целебных вод из минеральных источников Шварцвальда. Естественно было предположить, что эти линии принадлежат какому-то новому, до того неизвестному элементу. Так в 1861 г. был открыт рубидий. Цезий
Если бы писателю-беллетристу пришлось заняться «биографией» цезия, то он, может быть, начал так: «Открыт цезий сравнительно недавно, в 1860 г., в минеральных водах известных целебных источников Шварцвальда (Баден-Баден и др.). За короткий исторический срок прошел блистательный путь – от редкого, никому не ведомого химического элемента до стратегического металла. Принадлежит к трудовой семье щелочных металлов, по в жилах его течет голубая кровь последнего в роде... Впрочем, это нисколько не мешает ему общаться с другими элементами и даже, если они не столь знамениты, он охотно вступает с ними в контакты и завязывает прочные связи. В настоящее время работает одновременно в нескольких отраслях: в электронике и автоматике, в радиолокации и кино, в атомных реакторах и на космических кораблях...».
Не принимая всерьез шутливого топа и некоторых явно литературных преувеличений, это жизнеописание можно смело принять за «роман без вранья». Не беспредметен разговор о «голубой крови» цезия – впервые он был обнаружен по двум ярким линиям в синей области спектра и латинское слово «caesius», от которого произошло его название, означает небесно-голубой. Неоспоримо утверждение о том, что цезий практически последний в ряду щелочных металлов. Правда, еще Менделеев предусмотрительно оставил в своей таблице пустую клетку для «экацезия», который должен был следовать в I группе за цезием. И этот элемент (франций) в 1939 г. был открыт. Однако франций существует лишь в виде быстро распадающихся радиоактивных изотопов с периодами полураспада в несколько минут, секунд или даже тысячных долей секунды. Наконец, правда и то, что цезий применяется в некоторых важнейших областях современной техники и науки.
III. Физические свойства щелочных металлов Низкие температуры плавления, малые значения плотностей, мягкие, режутся ножом. Строение атомов С увеличением порядкового номера атомный радиус увеличивается, способность отдавать валентные электроны увеличивается и восстановительная активность увеличивается: Химические свойства Типичные металлы, очень сильные восстановители. В соединениях проявляют единственную степень окисления +1. Восстановительная способность увеличивается с ростом атомной массы. Все соединения имеют ионный характер, почти все растворимы в воде. Гидроксиды R–OH – щёлочи, сила их возрастает с увеличением атомной массы металла. Воспламеняются на воздухе при умеренном нагревании. С водородом образуют солеобразные гидриды. Продукты сгорания чаще всего пероксиды. Восстановительная способность увеличивается в ряду Li–Na–K–Rb–Cs 1. Взаимодействие с водой Опыт: “Взаимодействие щелочных металлов с водой” 2Na + 2H2O= 2NaOH + H2 + Q Рис. 2. Взаимодействие натрия с водой Опыт: “Взаимодействие натрия с водой” 2Li + 2H2O → 2LiOH + H2 2. Реакция с кислотами: 2Na + 2HCl → 2NaCl + H2 3. Реакция с кислородом: 4Li + O2 → 2Li2O(оксид лития) 2Na + O2 → Na2O2 (пероксид натрия) K + O2 → KO2 (надпероксид калия) На воздухе щелочные металлы мгновенно окисляются. Поэтому их хранят под слоем органических растворителей (керосин и др.). 4. В реакциях с другими неметаллами образуются бинарные соединения: 2Li + Cl2 → 2LiCl (галогениды) 2Na + S → Na2S (сульфиды) Рис. 1. Взаимодействие натрия с серой при комнатной температуре 2Na + H2 → 2NaH (гидриды) 6Li + N2 → 2Li3N (нитриды) 2Li + 2C → Li2C2 (карбиды) 5. Качественная реакция на катионы щелочных металлов - окрашивание пламени в следующие цвета: Li+ – карминово-красный Na+ – желтый K+, Rb+ и Cs+ – фиолетовый Видео: "Окрашивание пламени солями калия и натрия" Получение и применение Т.к. щелочные металлы - это самые сильные восстановители, их можно восстановить из соединений только при электролизе расплавов солей: Применение щелочных металлов Литий - подшипниковые сплавы, катализатор Натрий - газоразрядные лампы, теплоноситель в ядерных реакторах Рубидий - научно-исследовательские работы Цезий – фотоэлементы Оксиды, пероксиды и надпероксиды щелочных металлов 1. Получение Окислением металла получается только оксид лития 4Li + O2 → 2Li2O (в остальных случаях получаются пероксиды или надпероксиды). Все оксиды (кроме Li2O) получают при нагревании смеси пероксида (или надпероксида) с избытком металла: Na2O2 + 2Na → 2Na2O KO2 + 3K → 2K2O Опыт: "Самовозгорание цезия на воздухе" 2. Химические свойства Типичные основные оксиды. Реагируют с водой, кислотными оксидами и кислотами: Li2O + H2O → 2LiOH Na2O + SO3 → Na2SO4 K2O + 2HNO3→ 2KNO3 + H2O Пероксид натрия Na2O2Получение 2Na + O2 → Na2O2 Химические свойства 1. Сильный окислитель: 2NaI + Na2O2 + 2H2SO4 → I2 + 2Na2SO4 + 2H2O 2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2 2. Разлагается водой: Na2O2 + 2H2O → 2NaOH + H2O2 Надпероксид калия KO2 Получение K + O2 → KO2 Химические свойства 1. Сильный окислитель: 4KO2 + 2CO2 → 2K2CO3 + 3O2 2. Разлагается водой: 2KO2 + 2H2O → 2KOH + H2O2 + O2 Гидроксиды щелочных металлов – ROH Белые, кристаллические вещества, гигроскопичны; хорошо растворимы в воде (с выделением тепла). В водных растворах нацело диссоциированы. NaOH-едкий натр, каустическая сода, KOH-едкое кали Получение 1. Электролиз растворов хлоридов: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2+ Cl2 2. Обменные реакции между солью и основанием: K2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + 2KOH 3. Взаимодействие металлов или их основных оксидов (или пероксидов и надпероксидов) с водой: 2Li + 2H2O → 2LiOH + H2 Li2O + H2O → 2LiOH Na2O2 + 2H2O → 2NaOH + H2O2 Химические свойства 1. R–OH – сильные основания (щелочи) реагируют с кислотными оксидами и кислотами: 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O NaOH + HCl → NaCl + H2O Опыт: “Взаимодействие гидроксида натрия с соляной кислотой” 2. Взаимодействуют с солями, если в продуктах образуется нерастворимое основание: 3NaOH + FeCl3 → Fe(OH)3↓+ 3NaCl Соли Типично ионные соединения, как правило - хорошо растворимы в воде, кроме некоторых солей лития. Na2CO3 10H2O - кристаллическая сода Получение соды (дополнительно): Соединения щелочных металлов (1) Соединения щелочных металлов (2) Ожоги, вызванные неправильным обращением со щелочами Тренажеры Тренажёр №2 - Уравнения реакций щелочных металлов с водой Тренажёр №3 - Уравнения реакций щелочных металлов с кислородом Тренажёр №4 -Уравнения реакций щелочных металлов с неметаллами Тренажёр №5 - Характеристика лития Тренажёр №6 - Характеристика натрия Тренажёр №7 -Тестовые задания по теме "Соединения щелочных металлов" Тренажёр №8 - Уравнения реакций, с помощью которых можно получить гидроксиды щелочных металлов Тренажёр №9 - Уравнения реакций, характеризующих химические свойства оксидов щелочных металлов Тренажёр №10 - Формулы и названия соединений щелочных металлов |
Поиск
Архив записей
Друзья сайта
Статистика
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |