Проверь себя: напиши над стрелкой реагент

Химия элементов

ТЕМА 1.

Элементы I – А группы. Щелочные металлы.

Свойства элементов

В главную подгруппу первой группы входят элементы: литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций.

Вот некоторые основные свойства этих элементов:

₃Li 1s²│2s¹ ₁₁Na 1s²2s²2p⁶│3s¹ ₁₉К 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶│4s^l ₃₇Rb 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶│5s¹ ₅₅Cs 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶│6s¹ ₈₇Fr 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s¹5d¹⁰6p⁶│7s¹ ^{валентные электроны}

В кристаллах простых веществ тип химической связи — металлическая, поэтому они металлы, тепло и электропроводны.

Физические свойства.

	Плотность, г/см³	t°_пл.С^°	t°_кип.С^°	φ°_Ме⁺/_Ме,В	Кристаллическая решетка
Li	0,53	188	1370	-3,02	оцк
Na	0,97	98	892	-2,71	оцк
К	0,86	63,5	760	-2,92	оцк
Rb	1,52	39,0	696	-2,92	оцк
Cs	1,87	28,5	685	-2,92	оцк
Fr	2,1	23	615

Тип химической связи в соединениях этих элементов с другими элементами — ионная.

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. В результате высокой химической активности эти элементы в природе встречаются только в виде химических соединений.

Элементы первой группы главной подгруппы периодической системы называют щелочными элементами (или щелочными металлами). Щелочными они названы потому, что они образуют соединения, большинство из которых растворимо в воде. По-славянски "растворять" звучит как "выщелачивать". Крестьяне и городские жители 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.

Некоторые щелочные элементы встречаются в земной коре в виде минералов. Наиболее распространены натрий Na — 2,64% и калий К — 2,6%.

Некоторые минералы, содержащие:

Li: LiAl(SiO₃)₂ — сподумен,

LiAlPO₄F — амблигонит.

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.

Простые вещества щелочных элементов называются щелочными металлами. Все щелочные металлы — сильные восстановители. Их восстановительная активность (металличность) повышается с увеличением порядкового номера.

Они являются самыми активными металлами, непосредственно соединяются почти со всеми неметаллами. В соединениях преобладает преимущественно ионная связь.

С ростом порядкового номера и уменьшением энергии ионизации металлические свойства простых веществ закономерно усиливаются. Это типичные представители элементов — металлов. Ими начинается каждый период периодической системы (кроме первого).

Элементы подгруппы лития образуют с кислородом оксиды Э₂О, с водой — гидроксиды ЭОН.

Сила оснований увеличивается от лития к цезию, так как в этом направлении растет радиус атомов.

Водородные соединения щелочных металлов отвечают формуле ЭН. Это гидриды металлов — белые кристаллические вещества. В гидридах степень окисления водорода равна — 1.

Свойства щелочных металлов.

→ H ₂ t º МеН

→ Cl ₂ t º Ме Cl

→ N ₂ t º Ме₃ N ( Li ₃ N на воздухе)

Ме → →S t º Ме ₂ S

→O₂ tº Li₂O; но Na₂O₂; КО ₂

→P tº Ме ₃ P

→C tº Ме ₂ C₂(Li₂C₂, но Na₄C)

→ H₂O Ме OH + H₂

→HCl Ме Cl + H₂

→HNO₃ _разб _. Ме NO₃ + NH₄NO₃ + H₂ О

→HNO₃ _конц _. Ме NO ₃ + N ₂ O + H ₂ О

→H₂SO₄ _конц _. Ме ₂ SO₄ + Н ₂ S + H₂ О

→ соли Me₁An(распл.) tº Ме A n + Ме ₁

→R-Hal tº R - R + Ме -Hal (Hal - галоген)

→ R - OH R - O Ме + H ₂

Производные:

1) NaH + H₂O = NaOH + H₂↑;

2) Na₃N + 3H₂O = 3NaOH + NH₃↑;

_tº

3) Na₂S + 2H₂O = 3NaOH + H₂S↑;

4) Na₂O₂ + 2H₂O → 2NaOH + H₂O₂;

5) Na₃P + 3H₂O = 3NaOH + PH₃↑;

6) Li₂C₂ + 2H₂O = 2LiOH + C₂H₂↑;

Щелочные металлы легко окисляются на воздухе, поэтому их сохраняют в керосине. При нагревании на воздухе они воспламеняются и сгорают с образованием пероксидов (за исключением лития, который образует оксид Li₂О). Эти соединения являются солями очень слабой кислоты - пероксида водорода Н₂О₂. Пероксиды легко разлагаются водой с образованием пероксида водорода и щелочи. По существу, эта реакция представляет собой гидролиз соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием.

Все щелочные металлы активно вступают во взаимодействие с водой при комнатной температуре. Реакции протекают с образованием щелочей и выделением водорода.

Щелочные металлы с кислотами реагируют очень быстро, восстанавливая их до крайних степеней окисления:

8К + 4H₂SO₄ = К₂S + 3К₂SО₄ + 4H₂O.

Соли щелочных металлов, как правило, хорошо растворимы в воде. Растворы солей слабых кислот имеют вследствие гидролиза щелочную реакцию.

Атомы щелочных металлов имеют очень малые значения первых ионизационных потенциалов. При этом до момента полного отрыва электроны проходят через ряд степеней возбуждения, вызывая образование спектральных серий, а также окрашивая пламя горелки и их летучие соединения в характерные цвета:

Li ⁺¹– кармино-красный,

Na⁺¹ – ярко желтый,

К ⁺¹– фиолетовый (синевато-красный),

Сs⁺¹ – синий

что позволяет легко определять качественно присутствие этих металлов (при совместном присутствии необходимы светофильтры).

Задания для самопроверки.

1. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

а) Li → Li₃N → LiOH → Li₂O → Li₂CO₃ → LiHCO₃

б) Na → NaH → HCOONa → Na₂SO₄ → NaCl → NaN0₃

в) К → КОН → KHCO₃ → K₂CO₃ → КС1 → КОН

г) Na → Na₄C → NaOH → Na₃PO₄ → NaCl → NaClO₃

2. Вычислите массовую долю щелочи в растворе, полученном при растворении 18,4 г натрия в 50 мл воды (плотность воды принять равной 1 г/мл).

3. К 400 г амальгамы калия, массовая доля калия в которой 0,039, добавили 120 мл воды. Вычислите массовую долю щелочи в полученном растворе,

4. При растворении 0,28 г неизвестного щелочного металла в этаноле было получено 448 мл (н.у.) газа. Определите металл.

5. При взаимодействии 1,56 г неизвестного щелочного металла в очень разбавленной азотной кислоте был получен раствор, который при добавлении избытка щелочи выделил 112 мл (н.у.) газа с резким запахом. Какой металл вступил в реакцию с кислотой?

6. Нитрат неизвестного металла массой 48,75 г осторожно прокалили до постоянной массы. Полученный порошок полностью прореагировал с подкисленной серной кислотой раствором иодида калия, при этом выделилось 5,6 л (н.у.) газа, быстро буреющего на воздухе. Выведите формулу нитрата.

Проверь себя: напиши над стрелкой реагент

Na₂O + Na₂O₂ NaH (тв.) → NaAlH₄, NaBH₄

↑ + H₂