Метален пламък. Алкални метали и техните свойства

Най-активни сред металите са алкалните метали. Те реагират активно с прости и сложни вещества.

Главна информация

Алкалните метали са в група I на периодичната таблица. Това са меки едновалентни метали със сиво-сребрист цвят с ниска точка на топене и ниска плътност. Те показват едно единствено състояние на окисление +1, като са редуциращи агенти. Електронна конфигурация - ns 1.

Ориз. 1. Натрий и литий.

Общата характеристика на металите от I група е дадена в таблицата.

Активните метали реагират бързо с други вещества, така че те се срещат в природата само в минерали.

Касова бележка

Използват се няколко метода за получаване на чист алкален метал:

електролиза на стопилки, най-често хлориди или хидроксиди -

2NaCl → 2Na + Cl 2, 4NaOH → 4Na + 2H 2 O + O 2;

калциниране на сода (натриев карбонат) с въглища за получаване на натрий -

Na 2 CO 3 + 2C → 2Na + 3CO;

редукция на рубидий от хлорид от калций при високи температури -

2RbCl + Ca → 2Rb + CaCl2;

• намаляване на цезий от карбонат с помощта на цирконий -

  2Cs 2 CO 3 + Zr → 4Cs + ZrO 2 + 2CO 2.

Взаимодействие

Свойствата на алкалните метали се определят от тяхната структура. Тъй като са в първата група на периодичната таблица, те имат само един валентен електрон във външното енергийно ниво. Единичен електрон лесно отива към окислителния атом, което допринася за бързото влизане в реакцията.

Металните свойства се увеличават в таблицата отгоре надолу, така че литият губи валентния си електрон по-лесно от франция. Литият е най-твърдият елемент сред всички алкални метали. Реакцията на литий с кислород се осъществява само под въздействието на висока температура. Литият реагира с вода много по-бавно от другите метали в групата.

Общите химични свойства са представени в таблицата.

С висококачествена реакция те имат различни цветове на пламъка. Литият гори с пурпурен пламък, натрият - с жълт пламък, а цезият - с розово-виолетов пламък. Алкалните метални оксиди също имат различни цветове. Натрият става бял, рубидият и калият стават жълти.

Ориз. 2. Качествена реакция на алкални метали.

Приложение

Простите метали и техните съединения се използват за производство на леки сплави, метални части, торове, сода и други вещества. Като катализатори се използват рубидий и калий. Натриевите пари се използват във флуоресцентни лампи. Единствено францият няма практическо приложение поради радиоактивните си свойства. Как се използват елементи от група I е описано накратко в таблицата за използването на алкални метали.

Ориз. 3. Сода бикарбонат.

Какво научихме?

От урока в 9 клас научихме за свойствата на алкалните метали. Те са в група I на периодичната таблица и отдават един валентен електрон по време на реакции. Това са меки метали, които лесно влизат в химични реакции с прости и сложни вещества - халогени, неметали, киселини, вода. Те се срещат в природата само като част от други вещества, така че за извличането им се използва електролиза или реакция на редукция. Използват се в промишлеността, строителството, металургията и енергетиката.

Тест по темата

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.4. Общо получени оценки: 91.

Chem. елементи (алкални елементи), които изграждат гл. подгрупа 1 група периодичен. системи от елементи, както и съответните прости вещества, метали. Алуминиевите метали включват литий Li (под номер 3), натрий Na (11), калий K (19), рубидий Rb (37), це... Физическа енциклопедия

АЛКАЛНИ МЕТАЛИ, едновалентни метали, съставляващи първата група на периодичната таблица: литий, НАТРИЙ, РУБИДИЙ, ЦЕЗИЙ и ФРАНС. Това са меки сребристо-бели метали, които бързо се окисляват във въздуха и дават бурна реакция с водата, когато... ... Научно-технически енциклопедичен речник

Алкални метали- АЛКАЛНИ МЕТАЛИ: литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr. Меките метали, лесни за рязане (с изключение на Li), Rb, Cs и Fr са почти пастообразни при нормални условия; Li е най-лекият от всички метали, Na и K са по-леки от водата. Химически много... Илюстрован енциклопедичен речник

Химични елементи Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Име от алкали, хидроксиди на алкални метали... Голям енциклопедичен речник

АЛКАЛНИ МЕТАЛИ- елементи от I група на периодичната таблица: литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs), франций (Fr); много мек, пластичен, топим и лек, обикновено сребристо-бял на цвят; химически много активен; реагира бурно с... Руска енциклопедия по охрана на труда

алкални метали- Група, вкл. Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Теми: металургия като цяло EN алкални метали ... Ръководство за технически преводач

ПОДГРУПА IA. АЛКАЛНИ МЕТАЛИ ЛИТИЙ, НАТРИЙ, КАЛИЙ, РУБИДИЙ, ЦЕЗИЙ, ФРАНЦИЯ Електронната структура на алкалните метали се характеризира с наличието на един електрон във външната електронна обвивка, който е относително слабо свързан с ядрото. От всеки..... Енциклопедия на Collier

Алкални метали Алкални метали. Метали от първа група на периодичната таблица, а именно: литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Те образуват строго алкални хидроксиди, откъдето идва и името им. (Източник: “Метали и сплави. Справочник.” Под... ... Речник на металургичните термини

Алкални метали Енциклопедичен речник по металургия

АЛКАЛНИ МЕТАЛИ- химични елементи Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Наречени са така, защото техните хидроксиди са най-силните алкали. Химически алкалните метали са най-активните метали. Активността им нараства от Li до Fr... Металургичен речник

Книги

• Комплект маси. Химия. Метали (12 таблици) , . Образователен албум от 12 листа. Изкуство. 5-8683-012 Алкални метали. Химия на алкалните метали. Елементи II А - групи. Твърдостта на водата. Алуминий. Приложение на алуминий. Желязо. Видове корозия. Методи...

Какво представляват алкалните метали? Това са елементите от първата група, основната подгрупа на периодичната система от елементи на Д. И. Менделеев. Те включват следните метали: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Те имат редица свойства, които са присъщи на тази група.

Особености

Тези метали имат ниска плътност (литият, натрият, калият са по-леки от водата) и ниски точки на топене (максимумът за литий е 180,6 °C). Те са меки, лесно се режат с нож и бързо се окисляват, така че се съхраняват в контейнери, пълни с химически нискоактивни газове или течности (обикновено керосин).

Всички метали от тази подгрупа имат сребристо-бял цвят. В периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев алкалните метали винаги следват инертните газове. Инертните или благородните газове много слабо влизат във всякакви химични реакции, те са химически неактивни газове и това се обяснява с факта, че техните електронни обвивки са напълно запълнени.

За разлика от газовете, алкалните метали имат един несдвоен електрон на външно енергийно ниво. Следователно при химични реакции тези метали действат като донори на електрони. Те винаги имат степен на окисление +1, химически са много активни - реагират активно с киселини (с експлозия), реагират бурно с вода, като отделят водород и образуват алкали MeOH (тук Me е метал). Активността на тези метали нараства от Li до Fr.

Литият е първият елемент в групата на алкалните метали. Атомна маса - 6.941, се състои от два естествени изотопа 6Li (7.5%) и 7Li (92.5%), известно е също, че още два изотопа могат да бъдат получени изкуствено, но продължителността на живота им е много кратка.

Интересен факт за алкалния метал е, че цената на 7Li е няколко пъти по-висока от тази на 6Li, въпреки че първият е по-разпространен. Историята на откриването на този елемент е свързана с името на шведския химик I. A. Arfvedson.

Калият, заедно с натрия, играе критична роля във функционирането на клетките на живите организми, поддържайки техния мембранен потенциал. Човешкото тяло съдържа около 175 грама от този метал и за да се поддържа този запас, той трябва да се допълва с около 4 грама дневно.

Често се среща в природата, но само като част от съединения, заема трето място по съдържание във водата. Ако има дефицит в почвата, този метал се въвежда под формата на торове: калиев хлорид KCl, калиев сулфат K2SO4 и растителна пепел.

Много хора познават такова вещество като калиев цианид; но не много хора знаят къде се използва. И се използва за галванично сребро и позлатяване на неблагородни метали, извличане на скъпи метали, а именно сребро и злато, от руди.

Цезият е открит през 1860 г. в лечебните минерални извори на Шварцвалд. Атомна маса – 132.905.

Този метал се използва в следните индустрии: автоматизация и електроника, радар и кино, както и в ядрени реактори и космически кораби. Това беше първият елемент, открит чрез спектрален анализ.

Франция

Францият е най-нестабилният и най-тежкият елемент сред алкалните метали, с атомна маса 223 и период на полуразпад 22 минути. Тези характеристики направиха много трудно да го откроим.

Това е много рядък метал, от който според учените има само около 500 грама в земната кора, така че францият е изследван върху изкуствено създадени проби.

Натрий

Натрият е един от най-често срещаните алкални метали. Поради това се използва в различни индустрии. Например рудите на благородни метали се обработват с разтвор на натриев цианид. В резултат на това се получават координационни съединения, от които с помощта на цинк се изолира чисто злато или сребро.

Натрият се използва и в ядрени подводници като охладител поради определени физични свойства (голяма разлика между точките на топене и кипене). В природата натрият не се среща в чиста форма - той е твърде активен, следователно - само в рудите.

Интересен факт е, че в атмосферата на надморска височина от около 80 км е открит слой от атомен натрий. Това се обяснява с факта, че на такава надморска височина няма елементи, с които натрият да взаимодейства.

Рубидий

Рубидият е интересен алкален метал по свой начин. Имайки атомна маса 85,467, металът е радиоактивен. Когато рубидият влезе в контакт с въздуха, той се запалва и гори с розово-виолетов пламък; с вода, F, Cl, Br, I, S, възниква експлозия.

Интересна характеристика на рубидия е способността му да генерира електрически ток, когато е изложен на слънчева радиация.

Въпреки че алкалните метали имат редица характеристики, които са общи за всички тях, всеки от тях също има свойства, които са уникални за него. Някои елементи все още са много слабо проучени и предвид търсенето на метали от тази група в различни индустрии, необходимостта от запълване на празните места в научните справочници отдавна е назряла.

Алкалните метали са s-елементи. Във външния електронен слой всеки от тях има по един електрон (ns1). Радиусите на атомите отгоре надолу в подгрупата се увеличават, йонизационната енергия намалява и редукционната активност, както и способността за отдаване на валентни електрони от външния слой се увеличават.

Въпросните метали са много активни, така че не се срещат в природата в свободно състояние. Те могат да бъдат открити под формата на съединения в минерали (трапезна сол NaCl, силвинит NaCl∙KCl, глауберова сол NaSO4∙10H2O и други) или като йони в морска вода.

Физични свойства на алкалните метали

Всички алкални метали при нормални условия са сребристо-бели кристални вещества с висока топло- и електропроводимост. Те имат центрирана кубична опаковка (BCCP). Плътностите, точките на кипене и топене на металите от група I са относително ниски. Отгоре надолу в подгрупата плътностите се увеличават и температурите на топене намаляват.

Получаване на алкални метали

Алкалните метали обикновено се получават чрез електролиза на разтопени соли (обикновено хлориди) или основи. При електролизата на стопилката на NaCl, например, на катода се отделя чист натрий, а на анода се отделя хлорен газ: 2NaCl(топилка)=2Na+Cl2.

Химични свойства на алкалните метали

По отношение на химичните свойства литият, натрият, калият, рубидият, цезият и францият са най-активните метали и едни от най-мощните редуциращи агенти. В реакции те лесно се отказват от електрони от външния слой, превръщайки се в положително заредени йони. В съединенията, образувани от алкални метали, преобладава йонната връзка.

Когато алкалните метали взаимодействат с кислорода, се образуват пероксиди като основен продукт и оксиди като страничен продукт:

4Na+O2=2Na2O (натриев оксид).

С халогени те дават халогениди, със сяра - сулфиди, с водород - хидриди:

2Na+Cl2=2NaCl (натриев хлорид),

2Na+S=Na2S (натриев сулфид),

2Na+H2=2NaH (натриев хидрид).

Натриевият хидрид е нестабилно съединение. Разлага се с вода, при което се получават алкали и свободен водород:

NaH+H2O=NaOH+H2.

Свободният водород също се образува, когато самите алкални метали реагират с вода:

2Na+2H2O=2NaOH+H2.

Тези метали също реагират с разредени киселини, измествайки водорода от тях:

2Na+2HCl=2NaCl+H2.

Алкалните метали реагират с органични халиди, използвайки реакцията на Wurtz.

Алкалните метали са общоприетото наименование на елементи от група 1 на периодичната таблица на химичните елементи. Съставът му е: литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs), франций (Fr) и хипотетичен елемент - унунен (Uue). Името на групата идва от името на разтворимите натриеви и калиеви хидроксиди, които имат алкална реакция и вкус. Нека разгледаме общите характеристики на структурата на атомите на елементите, свойствата, получаването и използването на прости вещества.

Остаряла и нова групова номерация

Според остарялата система за номериране алкалните метали, заемащи най-лявата вертикална колона на периодичната таблица, принадлежат към група I-A. През 1989 г. Международният химически съюз (IUPAC) предложи различен вариант (дългосрочен) като основен. Алкалните метали, в съответствие с новата класификация и непрекъсната номерация, принадлежат към група 1. Този комплекс е открит от представител на 2-ри период - литий, и е завършен от радиоактивния елемент от 7-ми период - франций. Всички метали от група 1 съдържат един s-електрон във външната обвивка на своите атоми, който лесно се отказват (възстановяват).

Строеж на атоми на алкални метали

Елементите от група 1 се характеризират с наличието на второ енергийно ниво, повтарящо структурата на предишния инертен газ. Литият има 2 електрона в предпоследния слой и 8 електрона в останалите. При химически реакции атомите лесно се отказват от своя външен електрон, придобивайки енергийно благоприятна конфигурация на благороден газ. Елементите от група 1 имат ниска йонизационна енергия и електроотрицателност (EO). Те лесно образуват еднократно заредени положителни йони. При преминаване от литий към франций броят на протоните и електроните и радиусът на атома се увеличават. Рубидий, цезий и франций се отказват от външния си електрон по-лесно от предшестващите ги елементи в групата. Следователно в групата отгоре надолу регенеративният капацитет се увеличава.

Лесното окисляване на алкалните метали води до факта, че елементите от група 1 съществуват в природата под формата на съединения на техните еднократно заредени катиони. Съдържанието на натрий в земната кора е 2,0%, калий - 1,1%. Други елементи се намират в малки количества, например запаси от франций - 340 г. Натриевият хлорид се разтваря в морска вода, саламура на солени езера и устия и образува находища на каменна или готварска сол. Наред с халита се среща и силвинитът NaCl. KCl и силвит KCl. Фелдшпатът се образува от калиев алумосиликат K2. Натриевият карбонат е разтворен във водата на редица езера, а запасите от сулфат на елемента са концентрирани във водите на Каспийско море (Кара-Богаз-Гол). В Чили има находища на натриев нитрат (чилийска селитра). Има ограничен брой естествено срещащи се литиеви съединения. Рубидий и цезий се намират като примеси в съединения на елементи от група 1, а франций се намира в уранови руди.

Последователност на откриване на алкални метали

Британският химик и физик Г. Дейви през 1807 г. извършва електролиза на алкални стопилки, като за първи път получава натрий и калий в свободна форма. През 1817 г. шведският учен Йохан Арфведсон открива елемента литий в минералите, а през 1825 г. Г. Дейви изолира чистия метал. Рубидият е открит за първи път през 1861 г. от Р. Бунзен и Г. Кирхоф. Германски изследователи анализираха състава на алумосиликатите и получиха червена линия в спектъра, съответстваща на новия елемент. През 1939 г. Маргарита Пере, служител на Парижкия институт по радиоактивност, установява съществуването на изотопа франций. Тя нарече елемента в чест на родината си. Ununennium (eka-francium) е условното име за нов тип атом с атомен номер 119. Химическият символ Uue се използва временно. От 1985 г. изследователите се опитват да синтезират нов елемент, който ще бъде първият в 8-ия период, седмият в 1-ва група.

Физични свойства на алкалните метали

Почти всички алкални метали имат сребристо-бял цвят и метален блясък, когато са прясно нарязани (цезият има златисто-жълт цвят). Във въздуха блясъкът избледнява и се появява сив филм, върху литий става зеленикаво-черен. Този метал има най-голяма твърдост сред своите съседи от групата, но е по-нисък от талка, най-мекия минерал по скалата на Моос. Натрият и калият лесно се огъват и могат да се режат. Рубидий, цезий и франций в тяхната чиста форма представляват маса, подобна на тесто. Топенето на алкални метали става при относително ниски температури. За лития тя достига 180,54 °C. Натрият се топи при температура 97,86 °C, калият - при 63,51 °C, рубидият - при 39,32 °C, цезият - при 28,44 °C. Плътността на алкалните метали е по-малка от тази на сродните им вещества. Литият плува в керосина, издига се на повърхността на водата, калият и натрият също плуват в него.

Кристално състояние

Кристализацията на алкалните метали се извършва в кубичната система (телесно центрирана). Атомите в неговия състав имат зона на проводимост, към чиито свободни нива могат да се придвижват електрони. Именно тези активни частици осъществяват специална химична връзка - метална. Общата структура на енергийните нива и природата на кристалните решетки обясняват сходството на елементите от група 1. При преминаване от литий към цезий, масите на атомите на елементите се увеличават, което води до естествено увеличаване на плътността, както и до промяна в други свойства.

Химични свойства на алкалните метали

Единственият външен електрон в атомите на алкални метали е слабо привлечен от ядрото, поради което те се характеризират с ниска йонизационна енергия и отрицателен или близък до нула електронен афинитет. Елементите от група 1, притежаващи редуцираща активност, практически не могат да се окисляват. В групата отгоре надолу активността в химичните реакции се увеличава:

Получаване и използване на алкални метали

Металите от група 1 се произвеждат промишлено чрез електролиза на стопилки на техните халогениди и други природни съединения. Когато се разлагат от електрически ток, положителните йони на катода получават електрони и се редуцират до свободен метал. На противоположния електрод анионът се окислява.

По време на електролизата на хидроксид се стопява на анода, ОН - частиците се окисляват, освобождава се кислород и се получава вода. Друг метод е термичната редукция на алкални метали от разтопени соли с калций. Простите вещества и съединенията на елементи от група 1 са от практическо значение. Литият служи като суровина в ядрената енергия и се използва в ракетната технология. В металургията се използва за отстраняване на остатъчния водород, азот, кислород и сяра. Хидроксидът се използва за допълване на електролита в алкалните батерии.

Натрият е необходим за ядрената енергия, металургията и органичния синтез. Цезият и рубидият се използват в производството на слънчеви клетки. Широко използвани са хидроксиди и соли, особено хлориди, нитрати, сулфати и карбонати на алкални метали. Катионите имат биологична активност, натриевите и калиевите йони са особено важни за човешкото тяло.