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:

Хранение щелочных металлов

Натрий

Соединения щелочных металлов (1)

Соединения щелочных металлов (2)

Ожоги, вызванные неправильным обращением со щелочами

Правила безопасного обращения с гидроксидами щелочных металлов. Оказание первой помощи пострадавшим от неправильного обращения с гидроксидами щелочных металлов