Свойства элементов
В главную подгруппу первой группы входят элементы: литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций.
Элементы первой группы главной подгруппы периодической системы называют щелочными металлами. Щелочными они названы потому, что образуют соединения, большинство из которых растворимо в воде. По-славянски "растворять" звучит как "выщелачивать". В старину растворяли печную золу в воде и получали "щелок" - раствор, обладающий моющим действием. Последнее было связано с присутствием в растворе карбонатов щелочных элементов, подвергающихся гидролизу и создающих щелочную среду. Вода становилась более мягкой.
Строение атомов этих элементов
3Li 1s2 │2s1
11Na 1s22s2 2p6 │3s1
19К 1s22s2 2p63s2 3p6 │4sl
37Rb 1s22s2 2p63s2 3p64s2 3d10 4p6 │5s1
55Cs 1s22s2 2p63s2 3p64s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 │6s1
87Fr 1s22s2 2p63s23p64s23d104p65s2 4d10 5p6 6s1 5d106p6 │7s1
Вы заметили, при движении по группе сверху вниз радиус атома _______, способность отдавать электрон ______, металлические свойства _______.
Атомы элементов первой группы главной подгруппы имеют по одному валентному ns1 электрону на внешнем энергетическом уровне, что обусловливает как свойства элементов (наибольший атомный радиус в периоде, низкие потенциалы ионизации и электроотрицательность, устойчивость максимальной степени окисления +1, ионный тип связи в соединениях), так и свойства простых веществ (типичные металлы, сильные восстановители) и соединений этих элементов.
Нахождение в природе
В результате высокой химической активности эти элементы в природе встречаются только в виде химических соединений. Наиболее распространены натрий Na — 2,64% и калий К — 2,6%.
Некоторые минералы, содержащие:
Na: NaCl — каменная соль, Na2SO4 • 10Н2О — глауберова соль.
К: х КСl • у NaCl — сильвинит,
МgС12 • КС1 • 6Н2О — карналит.
Rb, Cs: - Соединения рубидия и цезия встречаются в виде примесей к солям натрия и калия.
Физические свойства
В кристаллах простых веществ металлическая химическая связь , значит вещества эти твердые, пластичные, хорошо проводят ток.Особенность щелочных металлов - они мягкие, можно разрезать ножом. А в соединениях этих элементов с другими элементами связь ионная, значит они солеподобные: твердые, растворимые в воде, с высокой температурой плавления, их растворы и расплавы пропускают электрический ток.
Химические свойства
Простые вещества
Все щелочные металлы — сильные восстановители, им легко отдать один валентный электрон. Их восстановительная активность, а следовательно, и металлические свойства повышаются с увеличением порядкового номера. Они являются самыми активными металлами, непосредственно соединяются почти со всеми неметаллами. В соединениях преобладает преимущественно ионная связь, значит эти соединения солеподобные твердые вещества, их растворы и расплавы будут проводят ток.
Щелочные металлы легко реагируют с неметаллами:
2K + I2 = 2KI
2Na + H2 = 2NaH
6Li + N2 = 2Li3N (реакция идет уже при комнатной температуре)
3K + P = K3P
2Na + S = Na2S
2Na + 2C = Na2C2
Щелочные металлы легко окисляются на воздухе, поэтому их сохраняют в керосине. При горении на воздухе каждый щелочной металл проявляет свою индивидуальность, образуют:
4Li + O2 = 2Li2O (оксид)
2Na + O2 = Na2O2 (пероксид)
K + O2 = KO2 (или К2О4), (надпероксид, или суперпероксид)
Оксиды этих металов тоже существуют. Например оксид натрия можно получить так:
10Na + 2NaNO3 = 6Na2O + N2 ↑
2Na + Na2O2 = 2Na2O
2Na + 2NaOН = 2Na2O + Н2↑
Взаимодействие с водой приводит к образованию щелочи и водорода.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
Сила щелочей увеличивается от лития к цезию, так как в этом направлении растет радиус атомов и их способность отдавать электрон.
Взаимодействие с кислотами-неокислителями идет с выделением водорода:
2Na + 2HCl = 2NaCl + H2↑
С концентрированной серной кислотой могут быть разные продукты реакции 2Li + 3H2SO4(конц.) = 2LiHSO4 + SO2 + 2H2O
8Na + 5H2SO4(конц.) = 4Na2SO4 + H2S + 4H2O
8К+ 4H2SO4 = К2S + 3К2SО4 + 4H2O,
Взаимодействие с органическими соединениями:
с терминальными алкинами Н─C≡С─Н + 2Na → NaC≡CNa + H2 водород при концевой тройной связи может замещаться на металл.
с галогеналканами 2CH3Cl + 2Na → C2H6 + 2NaCl (реакция Вюрца)
со спиртами 2СН3ОН + 2Na → 2 CH3ONa + H2↑
и фенолами 2C6H5OH + 2Na → 2C6H5ONa + H2↑
с кислотами 2СH3COOH + 2Na → 2CH3COOONa + H2↑ с солями карбоновых кислот СH3COONa + NaОН → CH4↑ +Na2CO3 2СH3COONa + H2O →(электролиз) C2H6↑ +2NaОН +CO2
Качественной реакцией на щелочные металлы является окрашивание пламени их катионами. Ион Li+ окрашивает пламя в кармино-красный цвет, ион Na+ – в желтый, К+ – в фиолетовый
Приходи ко мне учиться www.egehi.ru
Соединения щелочных металлов
1) Оксиды.
Оксиды щелочных металлов типичные основные оксиды. Вступают в реакции с кислотными и амфотерными оксидами, кислотами, водой.
3Na2O + P2O5 = 2Na3PO4
Na2O + Al2O3 = 2NaAlO2
Na2O + 2HCl = 2NaCl + H2O
Na2O + 2H+ = 2Na+ + H2O
Na2O + H2O = 2NaOH
2Na2O + O2 = 2Na2O2
2) Пероксиды.
Пероксиды реагируют с кислотными оксидами
2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2↑ Эта реакция пероксидов щелочных металлов с углекислым газом позволила человеку дышать в космосе и под водой.
Реакция Na2O2 + CO = Na2CO3 спасает жизни пожарных.
Пероксиды легко разлагаются 2Na2O2 = 2Na2O + O2↑
С водой с образуют пероксид водорода и щелочь:
Na2O2 + 2H2O (хол.) = 2NaOH + H2O2,но с горячей водой выделяется кислород: 2Na2O2 + 2H2O (гор.) = 4NaOH + O2↑.
С кислотами идет реакция обмена Na2O2 + 2HCl = 2NaCl + H2O2
В окислительно-восстановительных реакциях пероксиды проявляют двойственность, могут быть и окислителями:
2Na2O2 + 2H2SO4 (разб.гор.) = 2Na2SO4 + 2H2O + O2↑
5Na2O2 +8H2SO4 + 2KMnO4 =5O2 +2MnSO4 + 8H2O + 5Na2SO4 + K2SO4
и восстановителями:
2Na2O2 + S = Na2SO3 + Na2O
Na2O2 + 2H2SO4 + 2NaI = I2 + 2Na2SO4 + 2H2O
Na2O2 + 2H2SO4 + 2FeSO4 = Fe2(SO4)3 + Na2SO4 + 2H2O
3Na2O2 + 2Na3[Cr(OH)6] = 2Na2CrO4 + 8NaOH + 2H2O
3) Растворимые основания (щелочи)
Все растворимые основания называют щелочами. Растворы щелочей скользкие на ощупь ("мыльные") и довольно едкие. Они разъедают жиры, кожу, ногти, волосы, ткани, бумагу, очень опасны при попадании в глаза. Поэтому при работе со щелочами необходимо пользоваться защитными очками и перчатками.
- Реагируют с неметаллами:
2NaOH + Si + H2O = Na2SiO3 + H2
3KOH + P4 + 3H2O = 3KH2PO2 + PH3↑
2KOH(холодный) + Cl2 = KClO + KCl + H2O
6KOH(горячий) + 3Cl2 = KClO3 + 5KCl + 3H2O
6NaOH + 3S = 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O
-Взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием средних и кислых солей
2NaOH(избыток) + CO2 = Na2CO3 + H2O
NaOH + CO2 (избыток) = NaHCO3
SO2 + 2NaOH (избыток) = Na2SO3 + H2O
2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O
P2O5 + 4NaOH = 2Na2HPO4 + H2O
2KOH + 2NO2 + O2 = 2KNO3 + H2O
2KOH + 2NO2 = KNO3 + KNO2+ H2O
с угарным газом KOH + СO = НСООK формиат калия.
-С амфотерными соединениями- образуются различные продукты в зависимости от условий протекания реакции:
Расплавленный KOH реагирует с Be, Al, Zn и их оксидами и гидроксидами с образованием средних солей 2NaOH + 2Al = 2NaAlО2 + Н2
2NaOH + Al2O3 = 2NaAlО2 + Н2О
В водной среде образуются тетрагидроксокомплексы:
2NaOH + 2Al + 6Н2О = 2Na[Al(OH)4] + 3Н2
2NaOH + Al2O3 + 3H2O = 2Na[Al(OH)4]
NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4]
- с солями идут только те реакции обмена, в которых образуется осадок или газ
2NaOН + СuSO4= Сu(OH)2 ↓ + 2Na2SO4
NaOН + NH4Cl= NH3 + H2O + NaCl
- c кислыми солями образуется средняя соль и вода:
KOH + KHCO3 = K2CO3 + H2O
-электролиз расплава 4KOH = 4K + 2H2O+ О2
Щелочи термически устойчивы, но гидроксид лития разлагается при нагревании 2LiOH = Li2O +H2O
Реакции с органическими соединениями:
-с моногалогенпроизводными алканов:
с водным раствором щелочи образуются спирты KOH + RCl -> ROH + KСl
со спиртовым раствором щелочи образуются алкены
KOH + СН3СН2Cl ->СН2=СН2 + KСl +Н2О.
-c дигалогенпроизводными:
с водным раствором щелочи образуются альдегиды или кетоны
КОН+ RСНCl2 -> 2KСl + RСOH+ Н2О
КОН+ RСCl2СН3 -> 2KСl + RСOСН3+ Н2О
со спиртовым раствором щелочи образуются алкины
2КОН+ СН3СНCl2 -> 2KСl +НССН + 2Н2О
с тригалогенпроизводными в избытке щелочи образуются соли:
4KOH + RСCl3 -> 3KСl + RСОOK+ 2Н2О
- с многоатомными спиртами
СН2ОН–СНОН–CH2ОН + 3NaОН → СН2ОNa–СНОNa–CH2ОNa + 3H2О
-с формальдегидом KOH + HCOH -> HCOOK + CH3OH
- с карбоновыми кислотами KOH + RCOOH -> RCOOK + H2O
- гидролиз сложных эфиров: KOH + RCOOR' -> RCOOK + R'OH
4) Соли – реакции с солями щелочных металлов есть в ЕГЭ!
Cоли карбоновых кислот:
RCOOK + КОН --->(сплавление) RН + К2СO3
RCOOK --->(электролиз раствора) R-R + СO2 +H2 +KOH/
Полный гидролиз:
Na2CO3 + 2NH4Cl = 2NaCl + CO2 + 2NH3 + Н2О
3Na2CO3 + 2AlCl3 +3H2O = Al(OH)3 +6NaCl + 3CO2
Обмен Na2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4↓ + 2NaOH
ОВР
5NaNO2 +2KMnO4 + 3H2SO4 = 5NaNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
NaNO3 + 4Zn + 7NaOH + 6H2O = 4Na2[Zn(OH)4] + NH3
8KI + 5H2SO4(конц.) = 4K2SO4 + H2S + 4I2 + 4H2O
2NaI + Br2 = 2NaBr + I2
2NaBr + Cl2 = 2NaCl + Br2
KNO3 + 4Mg + 6H2O = NH3 + 4Mg(OH)2 + KOH
KClO3 + 6HCl = KCl + 3Cl2↑ + 3H2O
Na2SO3 + S = Na2S2O3
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + S↓ + SO2↑ + H2O
NaNO2 + NH4Cl = KCl + N2 +2H2O
Термическое разложение солей:
2NaNO3 = 2NaNO2 +О2, но 4LiNO3 = 2Li2O + NO2 + О2
2KMnO4=(kаt Н2O2) K2MnO4 + MnO2 + O2
2KClO4= (kаt MnO2) KCl +3O2
4KClO3 =(kаt MnO2) KCl + 3O2
4KClO3 =KCl + KClO4
Реакции кислых солей:
NaHCO3 + HNO3 = NaNO3 + CO2 + H2O
NaHCO3 + NаOН = Na2СO3 + H2O
И еще переход дихроматов в хроматы:
K2Cr2O7 (оранжевый) +KOH =2 K2CrO4 (желтый).
Применение щелочных металлов и их соединений
Литий используется в аккумуляторах смартфонов и компьютеров, для производства сплавов и литийорганических соединений, а также как катализатор.
Натрий применяется в газоразрядных лампах, в металлургии; как теплоноситель в атомной индустрии; в химической индустрии в процессах органического синтеза. С поваренной солью еда становится вкуснее. Но соединения натрия гигроскопичны – легко впитывают влагу.
Смесь пероксида натрия и надпероксида калия применяются в воздухо-восстановительных системах на подводных лодках и батискафах, в автономных противогазах и дыхательных аппаратах.
Калий используют для производства пороха, лекарств и минеральных удобрений
Рубидий входит в состав болеутоляющих, снотворных, успокаивающих препаратов. Применяется в телевизионных трубках, оптических приборах, низкотемпературных источниках тока, в смазке для космических аппаратов, высокочувствительных магнитометрах для космических и геофизических исследований. Производные рубидия используются в атомной промышленности.
Цезий и рубидий используются в фотоэлементах, топливных элементах.
Цезий применяется в источниках тока, энергоемких аккумуляторах, счетчиках радиоактивных частиц, гамма-спектрометрах для космических аппаратов; приборах ночного видения и оружейных прицелах. Изотопы цезия используются для стерилизации пищевой тары, медицинских инструментов, мясных продуктов, лекарств; они входят в состав некоторых лекарств, применяются для радиотерапии опухолей.
Надеюсь, этот материал вам пригодится.
Будем рассматривать также вопросы в формате ЕГЭ и тренироваться в решении примеров.
Желаю успехов! У вас всё получится.
Задания по щелочным металлам в телеграмме https://t.me/+e3fS5aR0u3s0ZWUy
Готовимся к ЕГЭ здесь: https://vk.com/egehi
Теория и полезные статьи здесь: https://dzen.ru/egehi
Пишите в комментариях, нужно ли публиковать такие длинные тексты или лучше разбить их на короткие блоки. Подписывайтесь на мой канал.