Урок №49. Щелочные металлы. Нахождение в природе. Физические и химические свойства
К щелочным металлам относятся элементы первой группы, главной подгруппы: литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций.
Нахождение в природе
Из щелочных металлов наиболее широко распространены в природе натрий и калий. Но из-за высокой химической активности они встречаются только в виде соединений: Na-2,64% (по массе), K-2,5% (по массе), Li, Rb, Cs - значительно меньше, Fr - искусственно полученный элемент.
Основными источниками лития, натрия, калия являются:
Li
Li2O • Al2O3 • 4SiO2 – сподумен
Na
NaCl – поваренная соль (каменная соль), галит
Na2SO4 • 10H2O – глауберова соль (мирабилит)
NaNO3 – чилийская селитра
Na3AlF6 - криолит
Na2B4O7· 10H2O - бура
K
KCl • NaCl – сильвинит
KCl • MgCl2 • 6H2O – карналлит
K2O • Al2O3 • 6SiO2 – полевой шпат (ортоклаз)
Литий, натрий, калий, рубидий в свободном состоянии серебристо-белые металлы, цезий имеет золотисто-желтый цвет. Все металлы очень мягкие и пластичные. Наибольшей твердостью обладает литий, остальные металлы легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу.
В кристаллическом состоянии все они имеют объёмно-центрированную кристаллическую решетку с металлическим типом химической связи, что обуславливает их высокую тепло- и электропроводность.
Все щелочные металлы имеют небольшую плотность, самый легкий металл – литий, его плотность составляет всего 0,53 г/см3.
Металлы имеют достаточно низкие температуры плавления и кипения, причем с увеличением порядкового номера элемента температура плавления металла понижается.
Все металлы очень активны, поэтому их хранят в запаянных ампулах, под слоем вазелинового масла или керосина.
Некоторые физические свойства щелочных металлов приведены в таблице.
Электронное строение атомов
На внешнем энергетическом уровне атомы щелочных металлов имеют один электрон ns1. Поэтому для всех металлов группы IA характерна степень окисления +1.
Этим объясняется сходство свойств всех щелочных металлов.
Для них (сверху вниз по группе) 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 ROH – щёлочи, сила их возрастает с увеличением атомной массы металла.
Воспламеняются на воздухе при умеренном нагревании. Продукты сгорания чаще всего пероксиды R2O2.
С водородом образуют солеобразные гидриды RH.
Восстановительная способность увеличивается в ряду Li–Na–K–Rb–Cs
РЕАКЦИИ С ПРОСТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
1. Реакция с кислородом:
4Li + O2 → 2Li2O (оксид лития)
2Na + O2 → Na2O2 (пероксид натрия)
K + O2 → KO2 (надпероксид калия)
Для получения оксида из пероксида (надпероксида) щелочного металла:
Na2O2 + 2Na = 2Na2O
KO2 + 3K = 2K2O
На воздухе щелочные металлы мгновенно окисляются. Поэтому их хранят под слоем органических растворителей (керосин и др.).
2. В реакциях с другими неметаллами образуются бинарные соединения:
2Li + Cl2 → 2LiCl-1 (галогениды)
2Na + S → Na2S-2 (сульфиды)
2Na + H2 → 2NaH-1 (гидриды)
6Li + N2 → 2Li3N-3 (нитриды)
2Li + 2C → Li2C2-1 (карбиды)
РЕАКЦИИ СО СЛОЖНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
1. Активно взаимодействуют с водой:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
2Li + 2H2O → 2LiOH + H2
Опыт «Взаимодействие щелочных металлов с водой»
2. Реакция с кислотами - неокислителями (H2S, H3PO4, H2SiO3 и др., исключение – HNO3):
2Na + 2HCl = 2NaCl + H2
2Na + H2SO4(разб.) = Na2SO4 + H2
3. C кислотами-окислителями образуются три продукта-водород не вытесняется:
8Na + 5H2SO4 (конц.) = 4Na2SO4 + H2S↑ + 4H2O,
8Na + 10HNO3 (конц.) = 8NaNO3 + N2O↑ + 5H2O,
8Na + 9HNO3 (разб.) = 8NaNO3 + NH3↑ + 3H2O,
8Na + 10HNO3 (оч. разб.) = 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O
Повторите!
Урок №34. Свойства концентрированной азотной кислоты
Урок№26. Окислительные свойства концентрированной серной кислоты.
4. Качественная реакция на катионы щелочных металлов - окрашивание пламени в следующие цвета:
Li+ – карминово-красный
Na+ – желтый
K+, Rb+ и Cs+ – фиолетовый
Видео-опыт «Окраска пламени солями щелочных и щелочноземельных металлов»
Получение
Т.к. щелочные металлы - это самые сильные восстановители, их можно восстановить из соединений только при электролизе расплавов солей:
2NaCl=2Na+Cl2
Дополнительно:
Соединения щелочных металлов (1)
Соединения щелочных металлов (2)