Эти металлы называются так, потому что при взаимодействии с водой они образуют едкие, растворимые основания — щелочи.
Нахождение в природе.
Щелочные (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочноземельные (Ca, Sr, Ba) металлы — самые активные!
Поэтому в природе их не найти в свободном состоянии, они существуют только в виде соединений, например:
NaCl — хлорид натрия, или поваренная (пищевая) соль
NaNО₃ — нитрат натрия, или чилийская селитра
CaCО₃ — карбонат кальция или мел (известняк, мрамор)
Ca₃(РО₄)₂ — фосфат кальция или фосфорит
Физические свойства.
Все эти металлы легкие, пластичные и обладают отличной тепло- и электропроводностью.
А щелочные металлы настолько мягкие, что их можно разрезать даже ножом!
На воздухе они быстро окисляются и могут даже самовоспламениться.
Поэтому их хранят в вазелиновом масле или керосине, чтобы исключить доступ кислорода.
Удивительно, но соединения щелочных и щелочноземельных металлов придают пламени разные цвета:
Li — малиново-красный
Na — жёлтый
K — фиолетовый
Rb — буро-красный
Cs — голубой
Ca — кирпично-красный
Sr — карминово-красный
Ba — жёлто-зелёный
Таким образом, цвет пламени — это качественная реакция для определения соединений щелочных и щелочноземельных металлов!
Я заметила, что у разных авторов пособий по подготовке к ЕГЭ по химии цвета пламени от соединений лития описаны по-разному:
у кого-то это малиново-красный, у кого-то карминово-красный, а иногда — тёмно-розовый!
То же самое касается и соединений других активных металлов.
Так что, если найдёте несоответствия в оттенках — я не виновата)
Способы получения.
Щелочные и щелочноземельные металлы получают электролизом их хлоридов или гидроксидов.
- хлорид натрия = натрий + хлор:
2NaCl = 2Na + Cl₂↑
- гидроксид калия = калий + кислород + вода:
4КОН = 4К + O₂↑ + 2H₂O
- хлорид кальция = кальций + хлор:
СаCl₂ = Са + Cl₂↑
Химические свойства.
1. Взаимодействие с кислородом.
Активные металлы быстро окисляются на воздухе, а рубидий и цезий могут даже самовоспламениться!
- Литий при горении образует оксид, где кислород имеет степень окисления -2:
4Li + O₂ = 2Li₂O
- Натрий при горении образует пероксид.
В пероксиде у кислорода степень окисления -1:
2Na + O₂ = Na₂O₂
- Калий, рубидий и цезий при горении дают надпероксиды или супероксиды:
K + O₂ = KO₂
Калий, рубидий и цезий легко реагируют с озоном, образуя озониды:
K + O₃ = KO₃
2. Взаимодействие с водородом с образованием гидридов.
Это единственные соединения, где водород имеет степень окисления -1.
Реакция проходит по следующей схеме:
Н₂ + 2е⁻ = 2H⁻¹
- натрий + водород = гидрид натрия:
2Na + Н₂ = 2NaH
- кальций + водород = гидрид кальция:
Ca + Н₂ = CaH₂
3. Взаимодействие с азотом с образованием нитридов.
Реакция проходит по следующей схеме:
N₂⁰ + 6е⁻ = 2N⁻³
При этом без нагревания азот реагирует только с литием!
- литий + азот = нитрид лития:
6Li + N₂ = 2Li₃N
С остальными металлами азот взаимодействует лишь при нагревании!
- натрий + азот = нитрид натрия:
6Na + N₂ = 2Na₃N
4. Взаимодействие с фосфором с образованием фосфидов.
- натрий + фосфор = фосфид натрия:
3Nа + Р = Nа₃Р
- кальций + фосфор = фосфид кальция:
3Са + 2Р = Са₃Р₂
5. Взаимодействие с углеродом с образованием карбидов.
- натрий + углерод = карбид натрия (или ацетиленид натрия):
2Na + 2С = Na₂С₂
- кальций + углерод = карбид кальция:
Ca + 2С = CaC₂⁻¹
6. Взаимодействие с серой с образованием сульфидов.
- калий + сера = сульфид калия:
2К + S = К₂S
- кальций + сера = сульфид кальция:
Са + S = СаS
7. Взаимодействие с кремнием с образованием силицидов.
- калий + кремний = силицид калия:
4К + Si = К₄Si
- кальций + кремний = силицид кремния:
2Са + Si = Са₂Si
8. Взаимодействие с галогенами (F₂, Сl₂, Br₂, l₂) c образованием соответствующих солей.
- натрий + фтор = фторид натрия:
2Na + F₂ = 2NaF
- кальций + хлор = хлорид кальция:
Са + Сl₂ = СаСl₂
- калий + бром = бромид калия:
2К + Br₂ = 2КBr
- барий + йод = йодид бария:
Ва + I₂ = ВаI₂
9. Взаимодействие с водой с образованием растворимых оснований (щелочей).
Щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий, цезий) и щелочноземельные металлы (кальций, стронций, барий) реагируют с водой при комнатной температуре без нагревания!
В результате образуются щелочь — растворимое основание — и газ водород!
- калий + вода = гидроксид калия + водород:
2K + 2H₂O = 2KOH + H₂↑
- барий + вода = гидроксид бария + водород:
Ba + 2H₂O = Ba(OH)₂ + H₂↑
Этот процесс представляет собой окислительно-восстановительную реакцию.
Водород здесь выступает в роли окислителя, а металл — восстановителя.
Реакция протекает по типу замещения и сопровождается выделением большого количества тепла, что свидетельствует о её экзотермичности.
10. При взаимодействии с кислотами-неокислителями образуются соответствующие соли и водород.
При взаимодействии с кислотами-неокислителями, такими как:
- разбавленная серная кислота (H₂SO₄)
- фтороводородная или плавиковая (HF)
- хлороводородная или соляная (HCl)
- бромоводородная (HBr)
- йодоводородная (HI)
- сероводородная (H₂S)
- азотистая кислота (HNO₂)
- фосфорная кислота (H₃PO₄)
- все органические кислоты
образуются соответствующие соли и водород!
Эти кислоты реагируют только с металлами, которые находятся в ряду активности до водорода.
В результате образуется соль и водород.
Реакция протекает по схеме:
кислота-неокислитель + металл → соль + H₂↑
Щелочные и щелочноземельные металлы стоят в ряду активности до водорода.
Поэтому они реагируют с данными кислотами по указанной схеме!
- натрий + йодоводородная кислота = йодид натрия + водород:
2Na + 2HI = 2NaI + H₂↑
- уксусная кислота + калий = ацетат калия + водород:
2СН₃СООН + 2К = 2СН₃СООК + H₂↑
- кальций + соляная кислота = хлорид кальция + водород:
Са + 2HCl = СаCl₂ + H₂↑
- барий + разбавленная серная кислота = сульфат бария + водород:
Ва + H₂SO₄ (разб) = ВаSO₄ + H₂↑
11. При взаимодействии с кислотами-окислителями образуются три вещества: соль, продукт восстановления кислоты и вода.
1. Серная кислота в концентрированном виде реагирует со щелочными и щелочноземельными металлами, восстанавливаясь до серы (S) или сероводорода (H₂S).
- кальций + концентрированная серная кислота = сульфат кальция + сера + вода:
3Са + 4H₂SO₄ (конц) = 3СаSO₄ + S↓ + 4H₂O
- натрий + концентрированная серная кислота = сульфат натрия + сероводород + вода:
8Na + 5H₂SO₄ (конц.) = 4Na₂SO₄ + H₂S↑ + 4H₂O
Выбор продукта восстановления кислоты зависит от конкретных условий.
Поэтому внимательно изучите задание!
2. Азотная кислота также взаимодействует со щелочными и щелочноземельными металлами, образуя три вещества: соль, продукт восстановления кислоты и воду.
При взаимодействии с азотной кислотой любой концентрации (кроме очень разбавленной) образуется оксид азота (I) или молекулярный азот!
- кальций + азотная кислота = нитрат кальция + оксид азота (I) + вода:
4Ca + 10HNO₃ = 4Ca(NO₃)₂ + N₂O↑ + 5H₂O
- натрий + азотная кислота = нитрат натрия + азот + вода:
10Na + 12HNO₃ = 10NaNO₃ + N₂↑+ 6H₂O
При взаимодействии сильно разбавленной азотной кислоты с активными металлами выделяется аммиак.
В избытке кислоты аммиак образует соль нитрат аммония!
Учтите: в этом типе реакций газ НЕ выделяется!
- барий + очень разбавленная азотная кислота = нитрат бария + нитрат аммония + вода:
4Ва + 10HNO₃ = 4Ва(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O
И помните, что выбор продукта восстановления азотной кислоты зависит от условий, так что внимательно читайте задание!
Учите химию и будьте внимательны!
Продолжение следует!
Если моя статья была интересна для Вас, прошу ставить ❤
Подписывайтесь на мой канал https://dzen.ru/ovs_2024?share_to=link, я рада каждому из Вас!
Обещаю, будет много полезной информации и, конечно же, море практики!