Karakteristične hemijske osobine alkalnih metala.

Metali Obično gvožđe Gvožđe je jedan od najčešćih elemenata u prirodi. Njegov sadržaj u zemljinoj kori iznosi oko 4,7% po težini, stoga se gvožđe, sa stanovišta njegove pojave u prirodi, obično naziva makroelementom, gvožđem

Alkalni metali - francij, cezijum, rubidijum, kalijum, natrijum, litijum - nazivaju se tako jer u interakciji sa vodom stvaraju alkalije. Zbog njihove visoke reaktivnosti, ove elemente treba čuvati ispod sloja mineralnog ulja ili kerozina. Francij se smatra najaktivnijim od svih ovih tvari (radioaktivan je).

Alkalni metali su meke, srebrnaste supstance. Njihova svježe izrezana površina ima karakterističan sjaj. Alkalni metali ključaju i tope se na niskim temperaturama i imaju visoku toplotnu i električnu provodljivost. Takođe imaju nisku gustinu.

Hemijska svojstva alkalnih metala

Supstance su jaka redukciona sredstva i pokazuju (jednokratno) oksidaciono stanje +1 u svojim jedinjenjima. Sa povećanjem atomske mase alkalnih metala, povećava se i redukciona sposobnost. Gotovo svi spojevi su rastvorljivi u vodi, svi su jonske prirode.

Kada se umjereno zagrijavaju, alkalni metali se zapale na zraku. Kada se spoje s vodikom, tvari formiraju hidride slične soli. Proizvodi sagorijevanja su obično peroksidi.

Oksidi alkalnih metala su žute (rubidijum i kalijum oksidi), bijele i litijumove) i narandžaste (cezijum oksid) čvrste supstance. Ovi oksidi mogu reagirati s vodom, kiselinama, kisikom, kiselim i amfoternim oksidima. Ova osnovna svojstva su svojstvena svima i imaju izražen karakter.

Peroksidi alkalnih metala su žućkasto-bijeli prah. Sposobni su reagirati s ugljičnim dioksidom i ugljičnim monoksidom, kiselinama, nemetalima i vodom.

Hidroksidi alkalnih metala su bijele, u vodi rastvorljive čvrste materije. U ovim jedinjenjima se očituju (sasvim jasno) osnovna svojstva alkalija. Od litijuma do francijuma povećava se jačina baza i stepen rastvorljivosti u vodi. Hidroksidi se smatraju prilično jakim elektrolitima. Reaguju sa solima i oksidima, pojedinačnim nemetalima, osim spojeva sa litijumom, svi ostali pokazuju termičku stabilnost. Kada se kalcinira, razlaže se na vodu i oksid. Ova jedinjenja se dobijaju elektrolizom vodenih rastvora hlorida i nizom reakcija razmene. Hidroksidi se takođe dobijaju reakcijom elemenata (ili oksida) sa vodom.

Gotovo sve soli opisanih metala (sa izuzetkom pojedinačnih soli litijuma) su vrlo topljive u vodi. Otopine soli koje nastaju od slabih kiselina imaju srednju reakciju (alkalnu) zbog hidrolize, dok soli nastale jakim kiselinama ne hidroliziraju. Uobičajene soli su kameno silikatno ljepilo (topljivo staklo), Bertholletova so, kalijum permanganat, soda bikarbona, soda pepeo i druge.

Sva jedinjenja alkalnih metala imaju sposobnost da promene boju plamena. Ovo se koristi u hemijskoj analizi. Tako je plamen obojen jonima litijuma, ljubičastom ionima kalijuma, žutom natrijumom, bjelkasto-ružičastom bojom rubidijuma i ljubičasto-crvenom bojom cezijuma.

Zbog činjenice da su svi alkalni elementi najjači redukcioni agensi, mogu se dobiti elektrolizom rastaljenih soli.

Primena alkalnih metala

Elementi se koriste u različitim poljima ljudske aktivnosti. Na primjer, cezijum se koristi u solarnim ćelijama. Legure ležajeva koriste litijum kao katalizator. Natrijum je prisutan u lampama sa gasnim pražnjenjem i nuklearnim reaktorima kao rashladno sredstvo. Rubidijum se koristi u naučnoistraživačkim aktivnostima.

Alkalni metali lako reaguju s nemetalima:

2K + I 2 = 2KI

2Na + H 2 = 2NaH

6Li + N 2 = 2Li 3 N (reakcija se odvija na sobnoj temperaturi)

2Na + S = Na 2 S

2Na + 2C = Na 2 C 2

U reakcijama s kisikom, svaki alkalni metal pokazuje svoju individualnost: kada gori na zraku, litijum stvara oksid, natrijum - peroksid, kalij - superoksid.

4Li + O 2 = 2Li 2 O

2Na + O 2 = Na 2 O 2

K + O 2 = KO 2

Priprema natrijum oksida:

10Na + 2NaNO 3 = 6Na 2 O + N 2

2Na + Na 2 O 2 = 2Na 2 O

2Na + 2NaON = 2Na 2 O + H 2

Interakcija s vodom dovodi do stvaranja alkalija i vodonika.

2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2

Interakcija sa kiselinama:

2Na + 2HCl = 2NaCl + H2

8Na + 5H 2 SO 4 (konc.) = 4Na 2 SO 4 + H 2 S + 4H 2 O

2Li + 3H 2 SO 4 (konc.) = 2LiHSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

8Na + 10HNO 3 = 8NaNO 3 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

U interakciji s amonijakom nastaju amidi i vodik:

2Li + 2NH 3 = 2LiNH 2 + H 2

Interakcija sa organskim jedinjenjima:

H ─ C ≡ C ─ H + 2Na → Na ─ C≡C ─ Na + H 2

2CH 3 Cl + 2Na → C 2 H 6 + 2NaCl

2C 6 H 5 OH + 2Na → 2C 6 H 5 ONa + H 2

2CH 3 OH + 2Na → 2 CH 3 ONa + H 2

2CH 3 COOH + 2Na → 2CH 3 COOOONa + H 2

Kvalitativna reakcija na alkalne metale je bojenje plamena njihovim kationima. Li + jon boji plamen karmin crveno, Na + jon – žuto, K+ – ljubičasto.

Jedinjenja alkalnih metala

Oksidi.

Oksidi alkalnih metala su tipični bazični oksidi. Reaguju s kiselim i amfoternim oksidima, kiselinama i vodom.

3Na 2 O + P 2 O 5 = 2Na 3 PO 4

Na 2 O + Al 2 O 3 = 2NaAlO 2

Na 2 O + 2HCl = 2NaCl + H 2 O

Na 2 O + 2H + = 2Na + + H 2 O

Na 2 O + H 2 O = 2NaOH

Peroksidi.

2Na 2 O 2 + CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2

Na 2 O 2 + CO = Na 2 CO 3

Na 2 O 2 + SO 2 = Na 2 SO 4

2Na 2 O + O 2 = 2Na 2 O 2

Na 2 O + NO + NO 2 = 2NaNO 2

2Na 2 O 2 = 2Na 2 O + O 2

Na 2 O 2 + 2H 2 O (hladno) = 2NaOH + H 2 O 2

2Na 2 O 2 + 2H 2 O (hor.) = 4NaOH + O 2

Na 2 O 2 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O 2

2Na 2 O 2 + 2H 2 SO 4 (podijeljeni horizont) = 2Na 2 SO 4 + 2H 2 O + O 2

2Na 2 O 2 + S = Na 2 SO 3 + Na 2 O

5Na 2 O 2 + 8H 2 SO 4 + 2KMnO 4 = 5O 2 + 2MnSO 4 + 8H 2 O + 5Na 2 SO 4 + K 2 SO 4

Na 2 O 2 + 2H 2 SO 4 + 2NaI = I 2 + 2Na 2 SO 4 + 2H 2 O

Na 2 O 2 + 2H 2 SO 4 + 2FeSO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O

3Na 2 O 2 + 2Na 3 = 2Na 2 CrO 4 + 8NaOH + 2H 2 O

Baze (alkalije).

2NaOH (višak) + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 (višak) = NaHCO 3

SO 2 + 2NaOH (višak) = Na 2 SO 3 + H 2 O

SiO 2 + 2NaOH Na 2 SiO 3 + H 2 O

2NaOH + Al 2 O 3 2NaAlO 2 + H 2 O

2NaOH + Al 2 O 3 + 3H 2 O = 2Na

NaOH + Al(OH) 3 = Na

2NaOH + 2Al + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

2KOH + 2NO2 + O2 = 2KNO3 + H2O

KOH + KHCO 3 = K 2 CO 3 + H 2 O

2NaOH + Si + H 2 O = Na 2 SiO 3 + H 2

3KOH + P 4 + 3H 2 O = 3KH 2 PO 2 + PH 3

2KOH (hladno) + Cl 2 = KClO + KCl + H 2 O

6KOH (vruće) + 3Cl 2 = KClO 3 + 5KCl + 3H 2 O

6NaOH + 3S = 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O

2NaNO 3 2NaNO 2 + O 2

NaHCO 3 + HNO 3 = NaNO 3 + CO 2 + H 2 O

NaI → Na + + I –

na katodi: 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH – 1

na anodi: 2I – – 2e → I 2 1

2H 2 O + 2I – H 2 + 2OH – + I 2

2H2O + 2NaI H 2 + 2NaOH + I 2

2NaCl 2Na + Cl2

na katodi na anodi

2Na 2 HPO 4 Na 4 P 2 O 7 + H 2 O

KNO 3 + 4Mg + 6H 2 O = NH 3 + 4Mg(OH) 2 + KOH

4KClO 3 KCl + 3KClO 4

2KClO3 2KCl + 3O 2

KClO 3 + 6HCl = KCl + 3Cl 2 + 3H 2 O

Na 2 SO 3 + S = Na 2 S 2 O 3

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + S↓ + SO 2 + H 2 O

2NaI + Br 2 = 2NaBr + I 2

2NaBr + Cl 2 = 2NaCl + Br 2

I A grupa.

1. Električna pražnjenja su prolazila preko površine otopine kaustične sode ulivene u tikvicu, a zrak u tikvici je postao smeđi, koji je nakon nekog vremena nestao. Dobijeni rastvor je pažljivo uparen i utvrđeno je da je čvrsti ostatak mešavina dve soli. Kada se ova smjesa zagrije, oslobađa se plin i ostaje jedina supstanca. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

2. Supstanca koja se oslobađa na katodi tokom elektrolize rastopljenog natrijum hlorida je spaljena u kiseoniku. Dobiveni proizvod je stavljen u gasometar napunjen ugljičnim dioksidom. Dobivena supstanca je dodana u rastvor amonijum hlorida i rastvor je zagrejan. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

3) Dušična kiselina je neutralizovana sodom bikarbonom, neutralni rastvor je pažljivo uparen, a ostatak je kalcinisan. Dobivena tvar dodana je u otopinu kalijevog permanganata zakiseljenog sumpornom kiselinom i otopina je postala bezbojna. Produkt reakcije koji je sadržavao dušik stavljen je u otopinu natrijum hidroksida i dodat je cink prah, te je oslobođen plin oštrog mirisa. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

4) Supstanca dobijena na anodi tokom elektrolize rastvora natrijum jodida inertnim elektrodama je reagovala sa kalijumom. Reakcioni proizvod je zagrejan sa koncentrovanom sumpornom kiselinom, a oslobođeni gas je propušten kroz vrući rastvor kalijum hromata. Napišite jednadžbe za opisane reakcije

5) Supstanca dobijena na katodi tokom elektrolize rastopljenog natrijum hlorida je spaljena u kiseoniku. Dobiveni proizvod je sukcesivno tretiran sumpordioksidom i rastvorom barijum hidroksida. Napišite jednadžbe za opisane reakcije

6) Beli fosfor se rastvara u rastvoru kalijum hidroksida, oslobađajući gas sa mirisom belog luka, koji se spontano zapali u vazduhu. Čvrsti produkt reakcije sagorijevanja reagirao je s kaustičnom sodom u takvom omjeru da rezultirajuća bijela tvar sadrži jedan atom vodika; kada se potonja tvar kalcinira, nastaje natrijum pirofosfat. Napišite jednadžbe za opisane reakcije

7) Nepoznati metal je spaljen u kiseoniku. Produkt reakcije stupa u interakciju s ugljičnim dioksidom i formira dvije tvari: krutu tvar koja reagira s otopinom klorovodične kiseline kako bi se oslobodila ugljični dioksid i plinovitu jednostavnu tvar koja podržava izgaranje. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

8) Smeđi gas je propušten kroz višak rastvora kaustičnog kalijuma u prisustvu velikog viška vazduha. U nastalu otopinu dodaju se magnezijumske strugotine i zagrijavaju, a nastali plin neutralizira dušičnu kiselinu. Dobiveni rastvor je pažljivo uparen, a čvrsti proizvod reakcije je kalcinisan. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

9) Tokom termičke razgradnje soli A u prisustvu mangan-dioksida, nastala je binarna so B i gas koji podržava sagorevanje i koji je deo vazduha; Kada se ova sol zagrije bez katalizatora, nastaju sol B i sol kiseline s više kisika. Kada sol A stupi u interakciju sa klorovodičnom kiselinom, oslobađa se žuto-zeleni plin (jednostavna tvar) i sol B pretvara plamen u ljubičastu boju, a kada je u interakciji s otopinom srebrovog nitrata, formira se bijeli talog. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

10) Bakarne strugotine su dodane u zagrejanu koncentrovanu sumpornu kiselinu i oslobođeni gas je propušten kroz rastvor kaustične sode (višak). Reakcioni proizvod je izoliran, otopljen u vodi i zagrijan sa sumporom, koji se otopio kao rezultat reakcije. U nastalu otopinu dodana je razrijeđena sumporna kiselina. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

11) Kuhinjska so je tretirana koncentrovanom sumpornom kiselinom. Dobivena sol je tretirana natrijum hidroksidom. Dobiveni proizvod je kalciniran sa viškom uglja. Otpušteni plin je reagirao u prisustvu katalizatora sa hlorom. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

12) Natrijum je reagovao sa vodonikom. Reakcioni proizvod je otopljen u vodi, koja je formirala gas koji je reagovao sa hlorom, a rezultirajući rastvor, kada je zagrejan, reagovao je sa hlorom da bi se formirala mešavina dve soli. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

13) Natrijum je spaljen u višku kiseonika, nastala kristalna supstanca je stavljena u staklenu cev i kroz nju je propušten ugljen-dioksid. Gas koji je izlazio iz cijevi je sakupljen, a fosfor je spaljen u njegovoj atmosferi. Dobivena tvar je neutralizirana viškom otopine natrijum hidroksida. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

14) Rastvor hlorovodonične kiseline je dodat rastvoru dobijenom reakcijom natrijum peroksida sa vodom kada se zagreva dok se reakcija ne završi. Otopina dobivene soli podvrgnuta je elektrolizi inertnim elektrodama. Gas nastao kao rezultat elektrolize na anodi je propušten kroz suspenziju kalcijum hidroksida. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

15) Sumpordioksid je propušten kroz rastvor natrijum hidroksida sve dok se ne formira srednja so. U nastalu otopinu dodana je vodena otopina kalijum permanganata. Nastali talog je odvojen i tretiran hlorovodoničnom kiselinom. Otpušteni gas je propušten kroz hladni rastvor kalijum hidroksida. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

16) Kalcinirana je mješavina silicijum (IV) oksida i metala magnezijuma. Jednostavna tvar dobivena kao rezultat reakcije tretirana je koncentriranom otopinom natrijevog hidroksida. Oslobođeni plin je propušten preko zagrijanog natrijuma. Dobivena supstanca je stavljena u vodu. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

17) Produkt reakcije litijuma sa dušikom tretiran je vodom. Nastali plin je propuštan kroz otopinu sumporne kiseline sve dok se hemijske reakcije nisu zaustavile. Dobiveni rastvor je tretiran rastvorom barijum hlorida. Rastvor je filtriran, a filtrat je pomešan sa rastvorom natrijum nitrata i zagrejan. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

18) Natrijum je zagrejan u atmosferi vodonika. Kada se u nastalu tvar doda voda, uočeno je razvijanje plina i stvaranje bistre otopine. Kroz ovaj rastvor je propušten smeđi gas, koji je dobijen kao rezultat interakcije bakra sa koncentrovanim rastvorom azotne kiseline. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

19) Kalciniran je natrijum bikarbonat. Dobivena sol je otopljena u vodi i pomiješana s otopinom aluminija, što je rezultiralo stvaranjem taloga i oslobađanjem bezbojnog plina. Precipitat je tretiran viškom rastvora azotne kiseline, a gas je propušten kroz rastvor kalijum silikata. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

20) Natrijum je fuzionisan sa sumporom. Dobiveni spoj je tretiran hlorovodoničnom kiselinom, oslobođeni plin je u potpunosti reagirao sa sumporovim (IV) oksidom. Dobivena tvar je tretirana koncentriranom dušičnom kiselinom. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

21) Natrijum se sagoreva u višku kiseonika. Dobivena supstanca je tretirana vodom. Dobivena smjesa je prokuhana, nakon čega je u vruću otopinu dodan hlor. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

22) Kalijum je zagrejan u atmosferi azota. Dobivena tvar je tretirana viškom hlorovodonične kiseline, nakon čega je suspenzija kalcijum hidroksida dodana u rezultirajuću smjesu soli i zagrijana. Nastali plin je propušten kroz vrući bakar (II) oksid. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

23) Kalijum je spaljen u atmosferi hlora, a nastala so je tretirana viškom vodenog rastvora srebrnog nitrata. Nastali precipitat je odfiltriran, filtrat je uparen i pažljivo zagrijan. Dobivena sol je tretirana vodenim rastvorom broma. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

24) Litijum je reagovao sa vodonikom. Reakcioni proizvod je otopljen u vodi, koja je formirala gas koji je reagovao sa bromom, a dobijeni rastvor je, kada se zagreje, reagovao sa hlorom da bi se formirala mešavina dve soli. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

25) Natrijum je spaljen u vazduhu. Dobivena krutina apsorbira ugljični dioksid, oslobađajući kisik i sol. Posljednja sol je otopljena u klorovodičnoj kiselini, a u nastalu otopinu dodana je otopina srebrovog nitrata. Nastao je bijeli talog. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

26) Kiseonik je bio izložen električnom pražnjenju u ozonizatoru. Nastali plin je propušten kroz vodeni rastvor kalijum jodida, a novi gas, bezbojan i bez mirisa, je oslobođen, podržavajući sagorevanje i disanje. U atmosferi potonjeg plina, natrij je izgorio, a nastala čvrsta supstanca je reagirala s ugljičnim dioksidom. Napišite jednadžbe za opisane reakcije.

I A grupa.

1. N 2 + O 2 2NO

2NO + O 2 = 2NO 2

2NO 2 + 2NaOH = NaNO 3 + NaNO 2 + H 2 O

2NaNO 3 2NaNO 2 + O 2

2. 2NaCl 2Na + Cl2

na katodi na anodi

2Na + O 2 = Na 2 O 2

2Na 2 O 2 + 2CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2

Na 2 CO 3 + 2NH 4 Cl = 2NaCl + CO 2 + 2NH 3 + H 2 O

3. NaHCO 3 + HNO 3 = NaNO 3 + CO 2 + H 2 O

2NaNO 3 2NaNO 2 + O 2

5NaNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5NaNO 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

NaNO 3 + 4Zn + 7NaOH + 6H 2 O = 4Na 2 + NH 3

4. 2H2O + 2NaI H 2 + 2NaOH + I 2

2K + I 2 = 2KI

8KI + 5H 2 SO 4 (konc.) = 4K 2 SO 4 + H 2 S + 4I 2 + 4H 2 O

3H 2 S + 2K 2 CrO 4 + 2H 2 O = 2Cr(OH) 3 ↓ + 3S↓ + 4KOH

5. 2NaCl 2Na + Cl2

na katodi na anodi

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Na 2 O 2 + SO 2 = Na 2 SO 4

Na 2 SO 4 + Ba(OH) 2 = BaSO 4 ↓ + 2NaOH

6. P 4 + 3KOH + 3H 2 O = 3KH 2 PO 2 + PH 3

2PH 3 + 4O 2 = P 2 O 5 + 3H 2 O

P 2 O 5 + 4NaOH = 2Na 2 HPO 4 + H 2 O

To su elementi grupe I periodnog sistema: litijum (Li), natrijum (Na), kalijum (K), rubidijum (Rb), cezijum (Cs), francijum (Fr); vrlo mekana, duktilna, topiva i lagana, obično srebrno-bijele boje; hemijski vrlo aktivan; burno reaguju sa vodom, formirajući alkalije(otuda i naziv).

Svi alkalni metali su izuzetno aktivni, pokazuju redukciona svojstva u svim hemijskim reakcijama, daju svoj jedini valentni elektron, pretvarajući se u pozitivno nabijeni kation, i pokazuju jedno oksidaciono stanje od +1.

Sposobnost redukcije raste u nizu ––Li–Na–K–Rb–Cs.

Sva jedinjenja alkalnih metala su jonske prirode.

Gotovo sve soli su rastvorljive u vodi.

Niske temperature topljenja,

niske gustine,

Mekana, sečena nožem

Zbog svoje aktivnosti, alkalni metali se pohranjuju ispod sloja kerozina kako bi blokirali pristup zraka i vlage. Litijum je veoma lagan i ispliva na površinu u kerozinu, pa se čuva ispod sloja vazelina.

Hemijska svojstva alkalnih metala

1. Alkalni metali aktivno stupaju u interakciju s vodom:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

2Li + 2H 2 O → 2LiOH + H 2

2. Reakcija alkalnih metala sa kiseonikom:

4Li + O 2 → 2Li 2 O (litijum oksid)

2Na + O 2 → Na 2 O 2 (natrijum peroksid)

K + O 2 → KO 2 (kalijev superoksid)

U vazduhu, alkalni metali trenutno oksidiraju. Zbog toga se čuvaju ispod sloja organskih rastvarača (kerozin, itd.).

3. U reakcijama alkalnih metala sa drugim nemetalima nastaju binarna jedinjenja:

2Li + Cl 2 → 2LiCl (halogenidi)

2Na + S → Na 2 S (sulfidi)

2Na + H 2 → 2NaH (hidridi)

6Li + N 2 → 2Li 3 N (nitridi)

2Li + 2C → Li 2 C 2 (karbidi)

4. Reakcija alkalnih metala sa kiselinama

(rijetko se provodi, postoji kompetitivna reakcija s vodom):

2Na + 2HCl → 2NaCl + H2

5. Interakcija alkalnih metala sa amonijakom

(nastaje natrijum amid):

2Li + 2NH 3 = 2LiNH 2 + H 2

6. Interakcija alkalnih metala sa alkoholima i fenolima, koji u ovom slučaju pokazuju kisela svojstva:

2Na + 2C 2 H 5 OH = 2C 2 H 5 ONa + H 2 ;

2K + 2C 6 H 5 OH = 2C 6 H 5 OK + H 2 ;

7. Kvalitativna reakcija na katjone alkalnih metala - bojenje plamena u sljedeće boje:

Li+ – karmin crvena

Na+ – žuta

K + , Rb + i Cs + – ljubičasta

Priprema alkalnih metala

Metalni litijum, natrijum i kalijum dobiti elektrolizom rastopljenih soli (hlorida), a rubidija i cezijuma redukcijom u vakuumu kada se njihovi hloridi zagreju sa kalcijumom: 2CsCl+Ca=2Cs+CaCl 2
Vakuumsko-termalna proizvodnja natrijuma i kalija se također koristi u malom obimu:

2NaCl+CaC 2 =2Na+CaCl 2 +2C;
4KCl+4CaO+Si=4K+2CaCl 2 +Ca 2 SiO 4.

Aktivni alkalni metali se oslobađaju u vakuumsko-termalnim procesima zbog njihove velike isparljivosti (njihove pare se uklanjaju iz reakcione zone).

Osobine hemijskih svojstava s-elemenata grupe I i njihovi fiziološki efekti

Elektronska konfiguracija atoma litijuma je 1s 2 2s 1. Ima najveći atomski radijus u 2. periodu, što olakšava uklanjanje valentnog elektrona i pojavu Li+ jona sa stabilnom konfiguracijom inertnog gasa (helijum). Posljedično, njegovi spojevi nastaju prijenosom elektrona s litijuma na drugi atom i formiranjem ionske veze s malom količinom kovalentnosti. Litijum je tipičan metalni element. U obliku supstance je alkalni metal. Od ostalih pripadnika grupe I razlikuje se po maloj veličini i najmanje aktivnosti u odnosu na njih. U tom pogledu, on podseća na magnezijum iz grupe II koji se nalazi dijagonalno od Li. U rastvorima, ion Li+ je visoko solvatiran; okružena je sa nekoliko desetina molekula vode. U smislu energije solvatacije – dodavanja molekula rastvarača, litijum je bliži protonu nego katjonima alkalnih metala.

Mala veličina Li + jona, visok naboj jezgra i samo dva elektrona stvaraju uslove za pojavu prilično značajnog polja pozitivnog naboja oko ove čestice, pa se u rastvorima nalazi značajan broj molekula polarnih otapala. privučen njime i njegov koordinacioni broj je visok, metal je sposoban da formira značajan broj organolitijumskih jedinjenja.

Natrijum počinje 3. period, tako da ima samo 1e na spoljašnjem nivou - , zauzimaju 3s orbitalu. Radijus atoma Na je najveći u 3. periodu. Ove dvije karakteristike određuju karakter elementa. Njegova elektronska konfiguracija je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 . Jedino oksidaciono stanje natrijuma je +1. Njegova elektronegativnost je vrlo niska, stoga je u spojevima natrijum prisutan samo u obliku pozitivno nabijenog jona i daje kemijskoj vezi ionski karakter. Ion Na + je mnogo veći od Li +, a njegovo otapanje nije tako veliko. Međutim, ne postoji u slobodnom obliku u otopini.

Fiziološki značaj K+ i Na+ jona je povezan sa njihovom različitom adsorpcijom na površini komponenti koje čine zemljinu koru. Jedinjenja natrija su samo malo podložna adsorpciji, dok jedinjenja kalija čvrsto drže glina i druge supstance. Ćelijske membrane, kao međuprostor između ćelije i okoline, propusne su za jone K+, usled čega je intracelularna koncentracija K+ znatno veća od koncentracije Na+ jona. Istovremeno, koncentracija Na + u krvnoj plazmi premašuje sadržaj kalija u njoj. Ova okolnost je povezana sa pojavom potencijala stanične membrane. K+ i Na+ joni su jedna od glavnih komponenti tečne faze tijela. Njihov odnos sa ionima Ca 2+ je strogo definisan, a njegovo kršenje dovodi do patologije. Unošenje Na+ jona u organizam nema vidljive štetne efekte. Povećanje sadržaja K+ jona je štetno, ali u normalnim uslovima povećanje njegove koncentracije nikada ne dostiže opasne vrednosti. Uticaj jona Rb + , Cs + , Li + još nije dovoljno proučavan.

Od raznih ozljeda povezanih s upotrebom spojeva alkalnih metala, najčešće su opekotine otopinama hidroksida. Djelovanje alkalija povezano je s otapanjem kožnih proteina u njima i stvaranjem alkalnih albuminata. Alkalije se ponovo oslobađaju kao rezultat njihove hidrolize i djeluju na dublje slojeve tijela, uzrokujući pojavu čireva. Nokti pod utjecajem lužine postaju tupi i lomljivi. Oštećenje očiju, čak i vrlo razrijeđenim alkalnim otopinama, praćeno je ne samo površinskim razaranjem, već i oštećenjem dubljih dijelova oka (irisa) i dovodi do sljepoće. Tokom hidrolize amida alkalnih metala, istovremeno se stvaraju alkalije i amonijak, što uzrokuje fibrinozni traheobronhitis i upalu pluća.

Kalijum je G. Davy dobio skoro istovremeno sa natrijumom 1807. godine elektrolizom vlažnog kalijum hidroksida. Element je dobio ime po imenu ovog jedinjenja - "kaustični kalijum". Svojstva kalijuma značajno se razlikuju od svojstava natrijuma, što je zbog razlike u radijusima njihovih atoma i jona. U jedinjenjima kalija veza je jonskija, a u obliku K+ jona ima manje polarizacijski učinak od natrijuma zbog svoje velike veličine. Prirodna mješavina se sastoji od tri izotopa 39 K, 40 K, 41 K. Jedan od njih je 40 K ‑ je radioaktivan i određeni dio radioaktivnosti minerala i tla povezan je s prisustvom ovog izotopa. Njegovo vrijeme poluraspada je dugo - 1,32 milijarde godina. Prisustvo kalija u uzorku je prilično lako odrediti: pare metala i njegovih spojeva boje plamen u ljubičasto-crvenoj boji. Spektar elementa je prilično jednostavan i dokazuje prisustvo 1e - u 4s orbitali. Njegovo proučavanje poslužilo je kao jedna od osnova za pronalaženje opštih obrazaca u strukturi spektra.

Godine 1861, dok je proučavao sol mineralnih izvora spektralnom analizom, Robert Bunsen je otkrio novi element. Njegovo prisustvo dokazano je tamnocrvenim linijama u spektru, koje nisu proizveli drugi elementi. Na osnovu boje ovih linija, element je nazvan rubidijum (rubidus - tamnocrvena). Godine 1863. R. Bunsen je dobio ovaj metal u čistom obliku redukcijom rubidijum tartarata (tartrata) čađom. Karakteristika elementa je laka podražljivost njegovih atoma. Njegova elektronska emisija javlja se pod uticajem crvenih zraka vidljivog spektra. To je zbog male razlike u energijama atomskih 4d i 5s orbitala. Od svih alkalnih elemenata koji imaju stabilne izotope, rubidijum (poput cezijuma) ima jedan od najvećih atomskih radijusa i mali potencijal ionizacije. Takvi parametri određuju prirodu elementa: visoka elektropozitivnost, ekstremna hemijska aktivnost, niska tačka topljenja (39 0 C) i niska otpornost na spoljne uticaje.

Otkriće cezijuma, poput rubidija, povezano je sa spektralnom analizom. Godine 1860. R. Bunsen je otkrio dvije jarko plave linije u spektru koje nisu pripadale nijednom elementu poznatom u to vrijeme. Odatle potiče naziv "caesius", što znači nebesko plavo. To je posljednji element podgrupe alkalnih metala koji se još uvijek pojavljuje u mjerljivim količinama. Najveći atomski radijus i najmanji prvi jonizacioni potencijali određuju karakter i ponašanje ovog elementa. Ima izraženu elektropozitivnost i izražene metalne kvalitete. Želja za doniranjem vanjskog 6s elektrona dovodi do činjenice da se sve njegove reakcije odvijaju izuzetno burno. Mala razlika u energijama atomskih 5d i 6s orbitala uzrokuje blagu ekscitabilnost atoma. Emisija elektrona iz cezijuma se posmatra pod uticajem nevidljivih infracrvenih zraka (toplote). Ova karakteristika atomske strukture određuje dobru električnu provodljivost struje. Sve to čini cezij nezamjenjivim u elektroničkim uređajima. U posljednje vrijeme sve se više pažnje poklanja cezij plazmi kao gorivu budućnosti iu vezi sa rješavanjem problema termonuklearne fuzije.

U vazduhu, litijum aktivno reaguje ne samo sa kiseonikom, već i sa azotom i postaje prekriven filmom koji se sastoji od Li 3 N (do 75%) i Li 2 O. Preostali alkalni metali formiraju perokside (Na 2 O 2) i superoksidi (K 2 O 4 ili KO 2).

Sljedeće supstance reaguju sa vodom:

Li 3 N + 3 H 2 O = 3 LiOH + NH 3;

Na 2 O 2 + 2 H 2 O = 2 NaOH + H 2 O 2;

K 2 O 4 + 2 H 2 O = 2 KOH + H 2 O 2 + O 2.

Za regeneraciju zraka u podmornicama i svemirskim brodovima, u izolacijskim gas maskama i aparatima za disanje borbenih plivača (podvodnih diverzanata), korištena je mješavina Oxon:

Na 2 O 2 +CO 2 =Na 2 CO 3 +0,5O 2;

K 2 O 4 + CO 2 = K 2 CO 3 + 1,5 O 2.

Ovo je trenutno standardno punjenje za regeneraciju patrona za gas maske za vatrogasce.
Alkalni metali reaguju sa vodonikom kada se zagreju, formirajući hidride:

Litijum hidrid se koristi kao jako redukciono sredstvo.

Hidroksidi alkalni metali korodiraju stakleno i porculansko posuđe, ne mogu se zagrijati u kvarcnim posudama:

SiO 2 +2NaOH=Na 2 SiO 3 +H 2 O.

Natrijum i kalijum hidroksidi ne odvajaju vodu kada se zagreju do temperature ključanja (više od 1300 0 C). Neka jedinjenja natrijuma se nazivaju soda:

a) soda soda, bezvodna soda, soda za pranje veša ili samo soda - natrijum karbonat Na 2 CO 3;
b) kristalna soda - kristalni hidrat natrijum karbonata Na 2 CO 3. 10H 2 O;
c) bikarbonat ili piće - natrijum bikarbonat NaHCO 3;
d) Natrijum hidroksid NaOH se naziva kaustična soda ili kaustična.