Относятся к щелочам - растворимым основаниям

Происхождение названий щелочных металлов

Li лат. " литос" - камень

Na араб. "натрум" -сода

К араб. "алкали" - щелочь

Rb лат. "рубидус" - темно-красный

Cs лат. "цезиус" - небесно-голубой

Fr от названия страны Франция. Весь природный франций является радиоактивным, один из редчайших элементов он имеет очень короткий период полураспада (у самого стабильного изотопа он составляет 22,3 минуты). Единственное, чем компенсируется его природное содержание, так это тем, что франций является промежуточным звеном распада урана-235 и тория-232. Таким образом, весь франций, который содержится в естественных условиях, является продуктом радиоактивного распада.

Общая характеристика

От Li к Fr (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, реакционной способности. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns¹:

Li - 2s¹

Na - 3s¹

K - 4s¹

Rb - 5s¹

Cs - 6s¹

Fr - 7s¹

Восстановительная способность увеличивается в ряду ––Li–Na–K–Rb–Cs.

Все соединения щелочных металлов имеют ионный характер.

Практически все соли растворимы в воде.

Низкие температуры плавления.

Малые значения плотностей.

Мягкие, режутся ножом.

Вследствие своей активности щелочные металлы хранят под слоем керосина, чтобы преградить доступ воздуха и влаги. Литий очень легкий и в керосине всплывает на поверхность, поэтому его хранят под слоем вазелином.

Физиологическое значение ионов К⁺ и Na⁺ связано с их различной адсорбируемостью на поверхности компонентов, входящих в состав земной коры. Соединения натрия лишь незначительно подвержены адсорбции, в то время как соединения калия прочно удерживаются глиной и другими веществами. Мембраны клеток, являясь поверхностью раздела клетка - среда, проницаемы для ионов К⁺, вследствие чего внутриклеточная концентрация К⁺ значительно выше, чем ионов Na⁺. В то же время в плазме крови концентрация Na⁺ превышает содержание в ней калия. С этим обстоятельством связывают возникновение мембранного потенциала клеток. Ионы К⁺ и Na⁺ - одни из основных компонентов жидкой фазы организма. Их соотношение с ионами Са²⁺ строго определенно, а его нарушение приводит к патологии. Введение ионов Na⁺ в организм не оказывает заметного вредного влияния. Повышение же содержания ионов К⁺ вредно, но в обычных условиях рост его концентрации никогда не достигает опасных величин. Влияние ионов Rb⁺, Cs⁺, Li⁺ еще недостаточно изучено.

Реагент	Li	Na	K	Rb	Cs
Нахождение в природе	Минералы: петалит, лепидалит.	Поваренная соль, каменная соль, галит–NaCl- хлорид натрия СильвинитNaCl KCl Глауберова соль Na2SO₄ 10Н₂О- декагидрат сульфата натрия	Сильвин KCl- хлорид калия СильвинитNaCl KCl Поташ K₂CO₃– карбонат калия
Обнаружение	Цвет пламени:карминно-красный	Цвет пламени жёлтый	Цвет пламени фиолетовый	Цвет пламени буро-красный	Цвет пламени фиолетово-красный
Получение	получают в промышленности электролизом расплава хлорида лития в смеси с KCl или BaCl₂ (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси): 2LiCl = 2Li + Cl₂	Получают электролизом расплава хлорида натрия с добавками хлорида кальция: 2NaCl_{(расплав)}→2Na+ Cl₂	получают также электролизом расплавов солей или расплава гидроксида калия. Также распространены методы термохимического восстановления: восстановление калия из расплавов хлоридов или гидроксидов. В качестве восстановителей используют пары натрия, карбид кальция, алюминий, кремний: KCl+Na = K+NaCl KOH+Na= K+NaOH		Цезий можно получить нагреванием смеси хлорида цезия и специально подготовленного кальция: Са + 2CsCl → 2Cs + CaCl₂
С кислородом	4Li + O₂ = 2Li₂O оксид	2Na + O₂ = Na₂O₂ пероксид натрия	K + O₂ = KO₂ надпероксид калия	Rb + O₂ = RbO₂ надпероксид рубидия	самовозгорается на воздухе, поэтому его хранят в запаянных ампулах
С галогенами: галогениды, легко	2Li + Cl₂ → 2LiCl	2Na + Cl₂ = 2NaCl хлорид Na + F₂ → NaF	2K + I₂ = 2KI
С водородом: гидриды, очень активно	Li + H₂ → LiH	2Na + H₂ = 2NaH
С серой: сульфиды		2Na + S = Na₂S	2K + S = K₂S
С фосфором: фосфиды, очень активно			3K + P = K₃P		2Cs + 5P → Cs₂P₅
С кремнием: силициды				Rb + Si → RbSi	4Cs + Si = Cs4Si,
С углеродом: карбиды	2Li + 2C = Li₂C₂	2Na+ 2C = Na₂C₂	калий, рубидий и цезий карбиды не образуют, могут образовывать соединения включения с графитом
С азотом: нитриды	6Li + N₂ = 2Li₃N при комнатной температуре	При нагревании	При нагревании K + N₂ → K₃N	При нагревании	При нагревании
С водой: щелочи	2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂ реагирует спокойно, держась на поверхности воды	2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂ часто воспламеняется	2К + 2H₂O = 2КOH + H₂ со взрывом	2Rb + 2H₂O = 2RbOH + H₂ со взрывом	2Cs + 2H₂O = 2CsOH + H₂ со взрывом
С разб. кислотами: металл будет реагировать и с водой, а затем образующаяся щелочь будет нейтрализоваться кислотой.	2СH₃COOH + 2Li → 2CH₃COOOLi + H₂↑ ацетат лития
С кислотами-окислителями: концентрированная серная	8Li + 5H₂SO₄₍_конц_.) → 4Li₂SO₄ + 4H₂O + H₂S↑	8Na + 5H₂SO₄₍_конц_.) → 4Na₂SO₄ + H₂S + 4H₂O
С кислотами окислителями: концентрированная азотная		8Na + 10HNO_{3 (}_конц₎→ N₂O + 8NaNO₃ + 5H₂O	8K + 10HNO₃(конц) → 8KNO₃+ N₂O + 5H₂O
С кислотами окислителями: разбавленная азотная		10Na+12HNO_{3 (}_разб₎→ N₂+10NaNO₃+ 6H₂O Очень разбавленная 8Na + 10HNO₃ = 8NaNO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O
С аммиаком: амиды	2Li + 2NH₃= 2LiNH₂+ H₂ амид лития	2Na + 2NH₃= 2NaNH₂ + H₂ Амид натрия	2К + 2NH₃ = 2КNH₂ + H₂ Амид калия	2Rb + 2NH₃ = 2RbNH₂ + H₂ Амид рубидия	2Cs + 2NH₃ = 2CsNH₂ + H₂ Амид цезия
Со спиртами: алкоголяты		2Na + 2C₂H₅OH = 2C₂H₅ONa + H₂ Этилат натрия 2СН₃ОН + 2Na →2CH₃ONa+H₂↑ Метилат натрия	2K + 2C₃H₇OH = 2C₃H₇OK + H₂ пропилат калия
С фенолами: феноляты		2C₆H₅OH + 2Na → 2C₆H₅ONa + H₂↑ Фенолят натрия	2K + 2C₆H₅OH = 2C₆H₅OK + H₂ Фенолят калия
С галогенпроизводными		Реакция Вюрца 2CH₃Cl + 2Na → C₂H₆ + 2NaCl
С углеводородами		Н─C≡С─Н + 2Na → Na─C≡C─Na + H₂ ацетиленид натрия
Восстановление менее активных металлов из оксидов, в расплаве		3Na+Al₂О₃=3Na₂О+Al
Восстановление менее активных металлов из солей, в расплаве		3Na + AlCl₃ = Al + 3NaCl

https://chemege.ru/alkalimetals/

Оксиды

Имеют общую формулу R₂O

Получение оксидов щелочных металлов возможно в ходе реакции с кислородом. Для лития все совсем несложно:

Li + O₂ → Li₂O (оксид лития)

В подобных реакциях у натрия и калия получается соответственно пероксид и супероксид, что приводит к затруднениям. Как из пероксида, так и из супероксида, при желании можно получить оксид:

Na₂O₂ + Na → Na₂O

KO₂ + K → K₂O

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

По свойствам эти оксиды являются основными.

1. Хорошо реагируют c водой.

Li₂O + H₂O → LiOH (осн. оксид + вода = основание - реакция идет, только если основание растворимо)

2. С кислотными оксидами

K₂O + CO₂ → K₂CO₃ (осн. оксид + кисл. оксид = соль)

Na₂O + SO₂→ Na₂SO₃

Na₂O + SO₃→ Na₂SO₄

P₂O₅ + Na₂O → Na₃PO₄

3. С кислотами

Li₂O + HCl → LiCl + H₂O

K₂O + 2HNO₃→ 2KNO₃ + H₂O

Гидроксиды

Относятся к щелочам - растворимым основаниям.

ПОЛУЧЕНИЕ

Гидроксиды щелочных металлов получаются в ходе электролиза водных растворов их солей, в реакциях обмена, в реакции щелочных металлов и их оксидов с водой:

KCl + H₂O → (электролиз!) KOH + H₂ + Cl₂ (на катоде выделяется водород, на аноде - хлор)

Li₂CO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + LiOH

K + H₂O → KOH + H₂↑

Rb₂O + H₂O → RbOH

Химические свойства

Проявляют основные свойства.

1. Хорошо реагируют с кислотами.

LiOH + H₂SO₄ → LiHSO₄ + H₂O (соотношение 1:1, кислота в избытке - получается кислая соль)

2LiOH + H₂SO₄ → Li₂SO₄ + 2H₂O (соотношение 2:1, основание в избытке - получается средняя соль)

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

2. С кислотными оксидами

KOH + SO₂→ KHSO₃ (соотношение 1:1 - получается кислая соль)

2KOH + SO₂ → K₂SO₃ + H₂O (соотношение 2:1 - получается средняя соль)

6KOH + P₂O₅ = 2K₃PO₄ + 3H₂O (фосфат калия, избыток щелочи - соотношение 6:1)

4KOH + P₂O₅ = 2K₂HPO₄ + H₂O (гидрофосфат калия, соотношение 4:1)

2KOH + P₂O₅ + H₂O = 2KH₂PO₄ (дигидрофосфат калия, соотношение 2:1)

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

Гидроксиды щелочных металлов разъедают стеклянную и фарфоровую посуду, их нельзя нагревать и в кварцевой посуде:

SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O

3. Реакции щелочей с амфотерными металлами

В концентрированном растворе щелочи: металл переходит в раствор в виде гидроксокомплекcов, что способствует дальнейшему взаимодействию металлов с водой, например:

2Al+ 6H₂O→ 2Al(OH)₃↓ + 3H₂↑ (1)

Но на этом процесс не останавливается, далее следует взаимодействие амфотерного гидроксида со щелочью:

2Al(OH)₃+ 2NaOH → 2Na[Al(OH)₄] (2)

Образуется гидроксокомплекс, в котором число гидроксильных групп OH^-соответствует координационному числу (КЧ) иона металла. Для алюминия КЧ = 4.

Суммарный процесс [(1)+(2)] взаимодействия алюминия с раствором щелочи можно выразить следующим уравнением:

2 Al + 6 H₂O + 2 NaOH → 2 Na[Al(OH)₄] + 3 H₂

При сплавлении амфотерных металлов со щелочами образуются обычно соли кислородсодержащих кислот металлов:

4. С амфотерными оксидами

Al₂O₃+ 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O

5. С амфотерными гидроксидами реакции протекают с образованием комплексных солей (в водном растворе) или с образованием оксиелов - смешанных оксидов (при высоких температурах - прокаливании).

NaOH + Al(OH)₃ → Na[Al(OH)₄] (в водном растворе образуются комплексные соли)

NaOH + Al(OH)₃ → NaAlO₂ + H₂O (при прокаливании образуется оксиел - смесь двух оксидов: Al₂O₃ и Na₂O, вода испаряется)

2KOH_(тв.)+ H₂ZnO_2(тв.) (t,сплавление)→ K₂ZnO₂ + 2H₂O

метацинкат калия

Be(OH)_2(тв.) + 2NaOH_(тв.) (t,сплавление)→ 2H₂O + Na₂BeO₂ (метабериллат натрия, или бериллат)

Pb(OH)_2(тв.) + 2NaOH_(тв.) (t,сплавление)→ 2H₂O + Na₂PbO₂ (метаплюмбат натрия, или плюмбат)

Cr(OH)_3(тв.) + KOH_(тв.) (t,сплавление)→ 2H₂O + KCrO₂(метахромат калия

6. С солями, если в ходе реакции выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (вода).

NaOH + MgBr→ NaBr + Mg(OH)₂↓

7. Реакции щелочей с галогенами заслуживают особого внимания.

Без нагревания они идут по одной схеме, а при нагревании эта схема меняется:

NaOH + Cl₂ → NaClO + NaCl + H₂O (без нагревания хлор переходит в СО +1 и -1)

NaOH + Cl₂ → NaClO₃ + NaCl + H₂O (с нагреванием хлор переходит в СО +5 и -1)

Подобная схема универсальная для брома и для йода. С серой реакция протекает схожим образом:

NaOH + I₂ → NaIO + NaI + H₂O (без нагревания)

NaOH + I₂ → NaIO₃ + NaI + H₂O (с нагреванием)

При растворении в растворах щелочей на холоду происходит образование бромида и гипобромита

2NaOH + Br₂ =NaBr + NaBrO + H₂O

При повышенных температурах (около 100°С) - бромида и бромата:

6NaOH + 3Br₂ = 5NaBr + NaBrO₃ + 3H₂O.

8. Реакции щелочей с фосфоро м

При добавлении фосфора в растворы щелочей происходит реакция диспропорционирования.

P + LiOH + H₂O → LiH₂PO₂ + PH₃↑ (LiH₂PO₂ - гипофосфит лития)

P₄+ 3NaOH + 3H₂O = PH₃+ 3NaH₂PO₂

9. Реакции щелочей с серой – ОВР, диспропорционирование

3S + 6KOH → K₂SO₃ + 2K₂S + 3H₂O

10. Реакции щелочей с кремнием

Si + 2KOH + H₂O = K₂SiO₃ + 2H₂

Важнейшие соединения

NaOH – гидроксид натрия, едкий натр, каустическая сода, каустик

KOH – гидроксид калия, едкое кали

NaCl – хлорид натрия, поваренная соль (каменная соль), галит

Na₂SO₄•10H₂O – сульфат натрия десятиводный, глауберова соль (мирабилит)

NaNO₃ – нитрат натрия, чилийская селитра

Na₃AlF₆ – гексафтороалюминат натрия, криолит
Na₂B₄O₇ 10H₂O – тетраборат натрия, бура

Na₂CO₃ 10H₂O – карбонат натрия десятиводный. кристаллическая сода
Na₂CO₃ – карбонат натрия, кальцинированная сода
NaHCO₃ – гидрокрабонат натрия, питьевая сода
K₂CO₃ – карбонат калия, поташ

Природные соединения

KCl•NaCl – сильвинит

KCl•MgCl₂• 6H₂O – карналлит

K₂O•Al₂O₃• 6SiO₂ – полевой шпат (ортоклаз)

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: