Alkalne metale karakteriziraju sljedeće karakteristike. Alkalijski metali - kemijski i biogeni elementi

Alkalijski metali.

Alkalijski metali su elementi glavne podskupine I. skupine periodnog sustava elemenata kemijski elementi D. I. Mendeljejev:

litij Li, natrij Na, kalij K, rubidij Rb, cezij Cs i francij Fr.

Ti se metali nazivaju alkalnim metalima jer je većina njihovih spojeva topiva u vodi. Na slavenskom jeziku "lužiti" znači "otapati", što je odredilo naziv ove skupine metala. Kada se alkalijski metali otope u vodi, nastaju topljivi hidroksidi koji se nazivaju alkalijama.

Glavne karakteristike alkalnih metala: U periodnom sustavu oni slijede odmah iza plemenitih plinova, pa je osobitost strukture atoma alkalijskih metala to što sadrže jedan elektron na novoj energetskoj razini: njihov elektronička konfiguracija ns1.

Valentni elektroni alkalijskih metala mogu se lako ukloniti jer je energetski povoljno da atom odustane od elektrona i dobije konfiguraciju plemenitog plina.

Stoga su svi alkalijski metali karakterizirani redukcijskim svojstvima. To potvrđuju niske vrijednosti njihovih ionizacijskih potencijala (potencijal ionizacije atoma cezija je jedan od najnižih) i elektronegativnosti (EO).
Ispod je tablica svojstava alkalnih metala:

Svojstva alkalnih metala

Atomski broj	Ime, simbol	Metal polumjer, nm	ionski polumjer, nm	Potencijal ionizacija, eV	EO	p, g/cm³	t pl, °C	t kip, °C
3	Litij Li	0,152	0,078	5,32	0,98	0,53	181	1347
11	Natrij Na	0,190	0,098	5,14	0,93	0,97	98	883
19	Kalij K	0,227	0,133	4,34	0,82	0,86	64	774
37	Rubidij Rb	0,248	0,149	4,18	0,82	1,53	39	688
55	Cezij Cs	0,265	0,165	3,89	0,79	1,87	28	678

Svi metali u ovoj podskupini imaju srebrno-bijelu boju.(osim srebrnožutog cezija), vrlo su mekani i mogu se rezati skalpelom. Litij, natrij i kalij lakši su od vode i plutaju na njezinoj površini, reagirajući s njom.

Alkalijski metali se u prirodi pojavljuju u obliku spojeva koji sadrže jednostruko nabijene katione.

Mnogi minerali sadrže metale glavne podskupine I. skupine. Na primjer, ortoklas ili feldspat sastoji se od kalijevog aluminosilikata K2, sličan mineral koji sadrži natrij - albit - ima sastav Na2. U morska voda sadrži natrijev klorid NaCl, a tlo sadrži kalijeve soli - silvin KCl, silvinit NaCl. KCl, karnalit KCl. MgCl2. 6H2O, polihalit K2SO4. MgSO4. CaSO4. 2H2O.

Kemijska svojstva alkalnih metala
Zbog visoke kemijske aktivnosti alkalijskih metala u odnosu na vodu, kisik i dušik, oni se skladište pod slojem kerozina. Za izvođenje reakcije s alkalnim metalom, komad pravu veličinu pažljivo odsječen skalpelom pod slojem kerozina, u atmosferi argona površina metala se temeljito očisti od proizvoda njegove interakcije sa zrakom, a tek tada se uzorak stavlja u reakcijsku posudu.

1. Interakcija s vodom. Važno svojstvo alkalnih metala- njihova visoka aktivnost prema vodi. Litij najsmirenije (bez eksplozije) reagira s vodom:

Kada se izvede slična reakcija, natrij gori žutim plamenom i dolazi do male eksplozije. Kalij je još aktivniji: u ovom slučaju eksplozija je puno jača, a plamen je obojen ljubičasto.
2. Interakcija s kisikom. Produkti izgaranja alkalnih metala u zraku imaju različit sastav ovisno o aktivnosti metala.

Samo litij gori na zraku stvarajući oksid stehiometrijskog sastava:

Kada natrij izgara, uglavnom se stvara Na2O2 peroksid s malom primjesom NaO2 superoksida:

Produkti izgaranja kalija, rubidija i cezija sadrže uglavnom superokside:

Da bi se dobili natrijevi i kalijevi oksidi, smjese hidroksida, peroksida ili superoksida s viškom metala zagrijavaju se u odsutnosti kisika:

Sljedeći obrazac karakterističan je za spojeve kisika alkalnih metala: s povećanjem polumjera kationa alkalnog metala, povećava se stabilnost spojeva kisika koji sadrže peroksidni ion O22 i superoksidni ion O2-.

Teški alkalijski metali karakterizirani su stvaranjem prilično stabilnih ozonida sastava EO3. Svi spojevi kisika imaju različite boječiji se intenzitet produbljuje u nizu od Li do Cs:

Oksidi alkalnih metala imaju sva svojstva svojstvena osnovnim oksidima: reagiraju s vodom, kiseli oksidi i kiseline:

Peroksidi i superoksidi pokazuju svojstva jakih oksidansa:

Peroksidi i superoksidi intenzivno komuniciraju s vodom, tvoreći hidrokside:

3. Interakcija s drugim tvarima. Alkalijski metali reagiraju s mnogim nemetalima. Kada se zagriju, spajaju se s vodikom u hidride, s halogenima, sumporom, dušikom, fosforom, ugljikom i silicijem u halogenide, sulfide, nitride, fosfide, karbide i silicide:

Kada se zagrijavaju, alkalijski metali mogu reagirati s drugim metalima, tvoreći intermetalne spojeve. Alkalijski metali aktivno (eksplozivno) reagiraju s kiselinama.

Alkalijski metali otapaju se u tekućem amonijaku i njegovim derivatima - aminima i amidima:

Kada se otopi u tekućem amonijaku, alkalni metal gubi elektron, koji se solvatira pomoću molekula amonijaka i daje otopini plavu boju. Dobiveni amidi se lako razgrađuju vodom u lužinu i amonijak:

Alkalijski metali stupaju u interakciju s organskim tvarima, alkoholima (tvoreći alkoholate) i karboksilnim kiselinama (tvoreći soli):

4. Kvalitativno određivanje alkalijskih metala. Budući da su ionizacijski potencijali alkalnih metala mali, kada se metal ili njegovi spojevi zagrijavaju u plamenu, atom se ionizira, bojeći plamen u određenu boju:

Priprema alkalnih metala
1. Za dobivanje alkalijskih metala uglavnom se koriste elektrolizom talina njihovih halogenida, najčešće klorida koji tvore prirodne minerale:

katoda: Li+ + e → Li
anoda: 2Cl- — 2e → Cl2
2. Ponekad se za dobivanje alkalnih metala provodi elektroliza talina njihovih hidroksida:

Katoda: Na+ + e → Na
anoda: 4OH- – 4e → 2H2O + O2
Budući da su alkalijski metali smješteni lijevo od vodika u nizu elektrokemijskog napona, njihova je elektrolitička priprava iz otopina soli nemoguća; u tom slučaju nastaju odgovarajuće lužine i vodik.

Spojevi alkalnih metala. Hidroksidi

“Litij je najlakši metal; ima specifičnu težinu od 0,59, zbog čega pluta i na ulju; topi se na oko 185°, ali ne isparava pod vrućom vrućinom. Bojom podsjeća na natrij i, poput njega, ima žutu nijansu.”

D. I. Mendeljejev. Osnove kemije.

Kada je 1817. godine 25-godišnji švedski kemičar Johan August Arfvedson (1792.-1841.) izolirao novu "zapaljivu lužinu" iz minerala petalita, još uvijek je nepoznata priroda(bio je to litijev hidroksid), njegov učitelj, slavni švedski kemičar Jens Jakob Berzelius (1779.-1848.), predložio je da se to zove litij, od grčkog. lithos – kamen.

Ova je lužina, za razliku od već poznatih natrijevih i kalijevih lužina, prvi put otkrivena u “kraljevstvu” kamenja. Godine 1818. engleski kemičar Humphry Davy (1778.-1829.) dobio je novi metal iz “litija” kojeg je nazvao litij. Isti grčki korijen je u riječima “litosfera”, “litografija” (otisak iz kamenog kalupa) itd.

Litij je najlakša čvrsta tvar, s gustoćom od samo 0,53 g/cm3 (upola manje od vode). Litij se dobiva elektrolizom taline litijeva klorida. Rijetko svojstvo metalnog litija je njegova reakcija s dušikom pod normalnim uvjetima da nastane litijev nitrid.

Litij se sve više koristi u proizvodnji litij-ionskih baterija. Kao rezultat toga, globalna proizvodnja litija u 2012. godini iznosila je 37 tisuća tona - pet puta više nego 2005. godine.

Litijevi spojevi se koriste u industriji stakla i keramike. Litijev hidroksid - višak apsorbenta ugljični dioksid u kabinama svemirski brodovi i podmornice. Litijev karbonat se koristi u psihijatriji za liječenje određenih poremećaja. Prosječna osoba sadrži manje od 1 mg litija.

Natrij

„Proizvodnja metalnog natrija jedno je od najvažnijih otkrića u kemiji ne samo zato što je proširila i stvorila koncept jednostavna tijela, ali posebno zato što su u natriju vidljivi Kemijska svojstva, samo slabo izražen u drugim dobro poznatim metalima.”

D. I. Mendeljejev. Osnove kemije.

Ruski naziv je "natrij" (postoji i na švedskom i njemački jezici) dolazi od riječi "natron": tako su stari Egipćani nazivali suhu sodu koja se koristila u procesu mumificiranja. U 18. stoljeću naziv "natron" dodijeljen je "mineralnoj lužini" - kaustičnoj sodi. Sada se soda vapno naziva mješavina kaustične sode i kalcijevog oksida (na engleskom soda lime), a natrij na engleskom (i na mnogim drugim jezicima - natrij). Riječ "soda" dolazi od latinski naziv Solyanka biljke (sodanum). Ovo je obalna morska biljka čiji se pepeo u davna vremena koristio za izradu stakla. Ovaj pepeo sadrži natrijev karbonat, koji se naziva soda. A sada je soda najvažnija komponenta serije za proizvodnju većine naočala, uključujući i prozorska stakla.

Halit je glavni mineral natrija

Prva osoba koja je vidjela kako izgleda metalni natrij bio je G. Davy, koji je elektrolizom izolirao novi metal. Predložio je i naziv za novi element - natrij.

Natrij je vrlo aktivan metal, brzo oksidira na zraku, prekrivajući se debelom korom produkata reakcije s kisikom i vodenom parom. Poznato je iskustvo s predavanja: ako se mali komadić natrija baci u vodu, on će početi s njim reagirati, oslobađajući vodik. Reakcijom se oslobađa puno topline, koja topi natrij, a njegova kugla trči po površini. Voda hladi natrij i sprječava da se vodik zapali, ali ako je komad natrija velik, moguć je požar, pa čak i eksplozija.

Metalni natrij naširoko se koristi u raznim sintezama kao redukcijski agens i također kao agens za sušenje nevodenih tekućina. Prisutan je u natrij-sumpornim baterijama velikog kapaciteta. Niskotaljiva legura natrija s kalijem, tekuća na sobnoj temperaturi, radi kao rashladno sredstvo koje uklanja višak Termalna energija iz nuklearnih reaktora. Svi znaju žuta boja plamen u prisutnosti natrija: ovako se boji plamen plinskog plamenika ako u njega upadne i najmanja kap slane juhe. Natrijeve pare svijetle žuto u energetski učinkovitim žaruljama s pražnjenjem koje osvjetljavaju ulice.

Stoljećima je sol bila jedino sredstvo za očuvanje. prehrambeni proizvodi. Bez stolna sol daleka putovanja morem, ekspedicije oko svijeta i veliki geografska otkrića. Povijest Rusije poznaje grandiozni ustanak, nazvan Salt Riot, koji je započeo 1648. godine i proširio se po cijeloj zemlji. Jedan od povoda ustanka bilo je povećanje poreza na sol.

Natrij se nekoć proizvodio u stotinama tisuća tona godišnje: koristio se za proizvodnju tetraetil olova, koji povećava oktanski broj benzina. Zabrana olovnog benzina u mnogim zemljama smanjila je proizvodnju natrija. Trenutno je globalna proizvodnja natrija oko 100 tisuća tona godišnje.

Mineral halit (natrijev klorid) stvara ogromne naslage kamene soli. Samo u Rusiji njegove rezerve iznose desetke milijardi tona. Halit obično sadrži do 8% drugih soli, uglavnom magnezija i kalcija. Godišnje se proizvede više od 280 milijuna tona natrijevog klorida, što je jedna od najvećih proizvodnja. Natrijev nitrat se nekada u velikim količinama vadio u Čileu, pa mu otuda i naziv - čileanska salitra.

Također se koriste i druge natrijeve soli, od kojih su mnoge trenutno poznate. Jedan od najpoznatijih je natrijev sulfat. Ako ova sol sadrži vodu, naziva se Glauberova sol. Ogromne količine nastaju tijekom isparavanja vode u zaljevu Kara-Bogaz-Gol Kaspijskog mora (Turkmenistan), kao iu nekim slanim jezerima. Trenutno se otopine natrijevog sulfata koriste kao akumulator topline u uređajima koji pohranjuju solarna energija, u proizvodnji stakla, papira, tkanina.

Stolna sol

Natrij je vitalni element. Natrijevi ioni nalaze se uglavnom u izvanstaničnoj tekućini i uključeni su u mehanizam mišićnih kontrakcija (nedostatak natrija uzrokuje grčeve), u održavanju vodeno-slane (natrijevi ioni zadržavaju vodu u tijelu) i acidobazne ravnoteže (održavanje stalne krvne pH vrijednost). Natrijev klorid se proizvodi u želucu klorovodična kiselina, bez kojih je nemoguće probaviti hranu. Sadržaj natrija u tijelu prosječne osobe je oko 100 g. Natrij u tijelo ulazi uglavnom u obliku kuhinjske soli, njegova dnevna doza je 3-6 g. Jednokratna doza veća od 30 g je opasna po život.

Kalij

Na arapskom al-qili znači pepeo, kao i nešto kalcinirano. Također su počeli nazivati ​​proizvod dobiven iz biljnog pepela, to jest kalijev karbonat. Pepeo suncokreta sadrži više od 30% kalija. Bez arapskog člana, ova se riječ na ruskom pretvorila u "kalij". Osim u ruskom i latinskom (kalium), ovaj se izraz očuvao u mnogima europski jezici: njemački, nizozemski, danski, norveški, švedski (s latinskim završetkom -um), na grčkom (κάλιο), kao i u nizu slavenski jezici: srpski (kalijum), makedonski (kalijum), slovenski (kalij).

Kalij je jedan od najčešćih elemenata u Zemljina kora. Njegovi glavni minerali su silvin (kalijev klorid), silvinit (mješavina kalijevog i natrijevog klorida) i karnalit (mješavina kalijevog i magnezijevog klorida). Silvin, kao i kalijev nitrat (kalijev nitrat, poznat i kao indijski nitrat) koriste se u ogromnim količinama kao kalijevo gnojivo. Zajedno s dušikom i fosforom, kalij je jedan od tri najvažnija elementa za ishranu biljaka.

Silvin je jedan od glavnih kalijevih minerala (uz silvinit i karnalit).

Engleski naziv elementa (kalij), kao i rusko ime kalijev karbonat (potaša), posuđen iz jezika germanske skupine; na engleskom, njemačkom i nizozemskom pepeo je pepeo, pot je pot, tj. potaša je "pepeo iz lonca". Ranije se kalijev karbonat dobivao isparavanjem ekstrakta iz pepela u bačvama; koristio se za izradu sapuna. Kalijev sapun je, za razliku od natrijevog, tekući. Od arapskog naziva za pepeo potječe naziv za lužinu u mnogim europskim jezicima: engl. i gol. lužina, njem Alkalna, francuska i talijanski lužina, itd. Isti korijen je prisutan u riječi "alkaloidi", odnosno "poput alkalija").

Kalij je prvi element koji je otkrio G. Davy (prvi je dobio i litij, barij, kalcij, stroncij, magnezij i bor). Davy je podvrgao mokri komad kalijevog hidroksida elektrolizi. U isto vrijeme, na njegovoj površini, prema Davyju, pojavile su se “male kuglice s jakim metalnim sjajem, koje se izvana ne mogu razlikovati od žive. Neki od njih su odmah po nastanku izgorjeli uz eksploziju i pojavu jarkog plamena, dok drugi nisu izgorjeli, već su se samo zatamnili, a površina im je bila prekrivena bijelim filmom.” Kalij je vrlo aktivan metal. Njegov mali komadić, unesen u vodu, eksplodira.

Kalij je važan bioelement, ljudsko tijelo sadrži od 160 do 250 g kalija, više od natrija. Ioni kalija sudjeluju u prolasku živčanih impulsa. Voće i povrće sadrži mnogo kalija.

Kalijev hidroksid koristi se za izradu sapuna. Služi kao elektrolit u alkalnim baterijama - željezo-nikl, nikal-metal hidrid. Ranije se kalijev nitrat (kalijev nitrat) koristio u ogromnim količinama za proizvodnju crnog baruta; sada se koristi kao gnojivo.

Prirodni kalij sadrži 0,0117% dugovječnog radionuklida 40K s vremenom poluraspada od 1,26 milijardi godina. To objašnjava činjenicu da je kalij-40 "preživio" do našeg vremena od trenutka njegove sinteze u nuklearnim reakcijama u zvijezdama. Međutim, od nastanka Zemlje prije 4,5 milijardi godina sadržaj 40K na planetu zbog njegovog raspadanja smanjio se 12,5 puta! Ljudsko tijelo težine 70 kg sadrži otprilike 20 mg 40K, odnosno 3 1020 atoma, od kojih se svake sekunde raspadne više od 5000 atoma! Moguće je da je takvo “unutarnje” zračenje (pojačano raspadom ugljika-14) bilo jedan od uzroka mutacija tijekom evolucije žive prirode. Svjetska proizvodnja metalnog kalija je mala: oko 200 tona godišnje.

Rubidij i cezij

Rubidij i cezij prvi su kemijski elementi otkriveni pomoću spektralna analiza. Ovu su metodu razvili njemački znanstvenici i prijatelji - fizičar Gustav Robert Kirchhoff (1824.-1887.) i kemičar Robert Wilhelm Bunsen (1811.-1899.), koji su radili na Sveučilištu u Heidelbergu. Koristeći ovu iznimno osjetljivu metodu, analizirali su sve tvari na koje su naišli u nadi da će pronaći nešto novo. I početkom 1860-ih. otkrio dva nova elementa. To se dogodilo kada je analiziran suhi ostatak dobiven isparavanjem vode iz mineralnih izvora ljetovališta Bad Durkheim, 30 km od Heidelberga. Kirchhoff i Bunsen su u spektru te tvari, osim njima već poznatih linija natrija, kalija i litija, uočili i dvije slabe plave linije. Shvatili su da te linije pripadaju nepoznatom kemijskom elementu koji je u vodi prisutan u vrlo malim količinama. Prema svjetlosti spektralnih linija, novi element

Nastavljajući svoja istraživanja, Kirchhoff i Bunsen otkrili su još jedan element u aluminosilikatnom mineralu lepidu (litijev tinjac) koji im je poslan iz Saske, u čijem su se spektru isticale tamnocrvene linije. Zvao se rubidij: od lat. rubidus – crven. Isti je element otkriven u mineralnoj vodi, odakle ga je kemičar Bunsen uspio izolirati. Vrijedno je spomenuti da je za dobivanje nekoliko grama rubidijske soli bilo potrebno preraditi 44 tone mineralna voda i preko 180 kg lepidolita.

Kristali cezija mogu se čuvati u zatvorenoj ampuli.

I kao u potkraj XIX stoljeća, u ništa manje titanskom radu na izolaciji radijeve soli, radioaktivnost je poslužila kao “kompas” za Marie Curie, a spektroskop je bio sličan “kompas” za Kirchhoffa i Bunsena.

Rubidij i cezij tipični su alkalni metali. To je potvrđeno kada je kemičar Bunsen redukcijom soli rubidija dobio ovaj element u obliku metala. Aktivniji cezij dobio je u čistom obliku tek 1881. godine švedski kemičar Carl Theodor Setterberg (1853-1941) elektrolizom rastaljenog cezijevog cijanida. Cezij je jedan od najtaljivijih metala. U svom čistom obliku ima zlatnu boju. Ali nije lako dobiti čisti cezij: na zraku se spontano zapali trenutno. Čisti rubidij se topi na samo 39,3 °C, cezij - 10 stupnjeva niže, a na vrlo vrućem ljetnom danu uzorci ovih metala u ampulama postaju tekući.

Svjetska proizvodnja metalnog rubidija je mala - oko 3 tone godišnje. Rubidij-87 koristi se u medicini: njegove atome apsorbiraju krvne stanice, a njihovom emisijom brzih elektrona pomoću posebne opreme vide se “uska grla” u krvnim žilama. Rubidij se koristi u elementima solarnih ćelija.

Gustav Kirchhoff (lijevo) i Robert Bunsen otkrili su rubidij pomoću spektroskopa. Otkrili su tamnocrvene linije u spektru lepidolita i dali ime novom elementu - rubidij.

Tijelo sredovječne osobe sadrži približno 0,7 g rubidija, a samo 0,04 mg cezija.

Elektronski prijelazi u atomima cezija koriste se u iznimno preciznim "atomskim satovima". U cijelom svijetu sada postoji više od 70 takvih preciznih satova - vremenskih standarda: pogreška je manja od sekunde u 100 milijuna godina. Jedinica vremena definirana cezijevim satovima je sekunda.

Predloženo je korištenje iona cezija za ubrzavanje rakete pomoću električnog mlaznog motora. U njemu se ioni ubrzavaju u jakom elektrostatskom polju i izbacuju kroz mlaznicu.

Električni raketni motori s malim potiskom sposobni su dugo raditi i letjeti na velikim udaljenostima.

Francuska

Ovaj element otkrila je (na temelju njegove radioaktivnosti) 1939. godine djelatnica Instituta za radij u Parizu, Margarita Perey (1909.-1975.), te ga je 1946. godine nazvala u čast svoje domovine.

Francij je susjed cezija u periodnom sustavu elemenata. D. I. Mendeljejev je elementu, koji tada još nije bio otkriven, dao ime ekacezij. Ovaj posljednji i najteži alkalijski metal upečatljivo se razlikuje od svih ostalih u svojoj skupini. Prvo, nitko nikada nije vidio niti će vidjeti čak ni najmanji komad Francuske. Drugo, francij nema fizikalna svojstva kao što su gustoća, talište i vrelište. Dakle, izraz "najteži metal" može se odnositi samo na njegove atome, ali ne i na jednostavnu materiju. A to je zato što je francij umjetno proizveden, visoko radioaktivan element; njegov najdugovječniji izotop, 223 Fr, ima poluživot od samo 22 minute. A da biste proučavali fizikalna svojstva tvari, morate je imati u obliku barem najmanjeg komadića. Ali za Francusku je to nemoguće.

Marguerite Perey prva je žena izabrana (1962.) u Francusku akademiju znanosti.

Francij se dobiva umjetnim putem. I dok sintetizira, njegovi se atomi brzo raspadaju. Štoviše, što se više atoma akumulira, više ih se raspada po jedinici vremena. To znači da kako bi se jednostavno održao konstantan broj atoma francija, oni se moraju sintetizirati brzinom koja nije manja od brzine njihovog raspada. Kada je u Dubni sintetiziran francij ozračivanjem urana snažnim snopom protona, svake sekunde dobiveno je otprilike milijun atoma ovog elementa. Pri ovoj brzini sinteze, brzina raspadanja uzorka postaje jednaka brzini njegovog formiranja kada je broj njegovih atoma dvije milijarde. To je sasvim beznačajna količina tvari, ne vidi se ni mikroskopom.

Osim toga, ti atomi nisu skupljeni u komad metala, već su raspoređeni po površini uranove mete. Stoga ne čudi da u svemu Globus u svakom trenutku neće biti više od dva do tri desetaka grama francija pojedinačno raspršenih u radioaktivnim stijenama.

Kemija proučava svojstva metala i nemetala. Jeste li znali da postoje alkalni i nealkalni metali? A mi ne samo da znamo, nego ćemo vam dati i popis za uspješne pripreme iz predmeta kemija. Dakle, popis alkalnih metala već je dan u periodnom sustavu Mendelejeva. Tu su svi metali glavne podskupine u prvoj skupini alkalni.

To su litij, kalij, natrij, cezij, rubidij i francij. Samo se ti metali nazivaju alkalijama. A zovu se tako jer u interakciji s vodom nastaju lužine.

Postoji još jedna vrsta metala - zemnoalkalijski metali. Ako želite popis samo alkalnih metala, postoji samo 6 metala. Ako svi metali čiji hidroksidi imaju alkalna svojstva, tada će biti uključena još četiri elementa - kalcij, stroncij, barij i radij.

Teško je pronaći sve alkalijske metale u čistom obliku u prirodi jer se lako spajaju. Konkretno, ti se metali nalaze u obliku ovih spojeva.

Svojstva alkalnih metala

Alkalijski metali izvrsni su vodiči topline, a dobro provode i električnu struju.

Alkalijski metali imaju niska tališta

Gustoća metala raste s povećanjem broja, ali njihovo taljenje postaje sve lakše ako su metali na dnu skupine.

Priprema alkalnih metala

Alkalijski metali obično se proizvode elektrolizom, ali dva zemnoalkalna metala, stroncij i barij, proizvode se aluminotermnom metodom.

Kemijska svojstva

Kao što smo već rekli, ovi metali su vrlo reaktivni, također su izvrsni redukcijski agensi. Nalaze se u obliku spojeva u kojima je glavna veza ionska.

U pravilu uvijek tvore stabilne spojeve. Glavne reakcije i dodatna svojstva alkalnih metala dani su u tablici:

Dakle, sada, koristeći popis i tablicu, kao i Mendeljejevljev periodni sustav, možete reći mnogo o alkalijskim metalima.

Možete vidjeti kako alkalijski metali izgledaju. Tu je i popis i reakcije veza s vodom, sumporom, kiselinama, solima i halogenima.

ALKALNI METALI
PODSKUPINA IA. ALKALNI METALI
LITIJ, NATRIJ, KALIJ, RUBIDIJ, CEZIJ, FRANCUSKA
Elektronsku strukturu alkalnih metala karakterizira prisutnost jednog elektrona u vanjskoj elektronskoj ljusci, koji je relativno slabo vezan za jezgru. Svaki alkalijski metal započinje novu periodu u periodnom sustavu. Alkalijski metal se može odreći svog vanjskog elektrona lakše nego bilo koji drugi element ovog razdoblja. Rez alkalnog metala u inertnom okruženju ima svijetli srebrnasti sjaj. Alkalijski metali karakterizirani su niskom gustoćom, dobrom električnom vodljivošću i relativnom taljivošću niske temperature(Tablica 2).
Zbog velike aktivnosti alkalijski metali ne postoje u čistom obliku, već ih u prirodi nalazimo samo u obliku spojeva (izuzev francija), primjerice s kisikom (gline i silikati) ili s halogenima (natrijev klorid). Kloridi su sirovine za proizvodnju alkalnih metala u slobodnom stanju. Morska voda sadrži ALKALNE METALI 3% NaCl i tragove drugih soli. Očito je da jezera i unutrašnja mora, kao i podzemne naslage soli i salamure sadrže halogenide alkalnih metala u višim koncentracijama od morske vode. Na primjer, sadržaj soli u vodama Velikog slanog jezera (Utah, SAD) je 13.827,7%, au Mrtvom moru (Izrael) do 31%, ovisno o površini vodene površine koja varira s doba godine. Može se pretpostaviti da se neznatan sadržaj KCl u morskoj vodi u usporedbi s NaCl objašnjava asimilacijom K+ iona od strane morskih biljaka.
U svom slobodnom obliku, alkalijski metali se dobivaju elektrolizom rastaljenih soli kao što su NaCl, CaCl2, CaF2 ili hidroksida (NaOH), budući da ne postoji aktivniji metal koji može istisnuti alkalijski metal iz halogenida. Tijekom elektrolize halogenida potrebno je izolirati metal koji se oslobađa na katodi, jer se istovremeno na anodi oslobađa plinoviti halogen koji aktivno reagira s oslobođenim metalom.
Vidi također PROIZVODNJA LUŽINE
Budući da alkalijski metali imaju samo jedan elektron u svom vanjskom sloju, svaki od njih je najaktivniji u svojoj periodi, pa je Li najaktivniji metal u prvoj periodi od osam elemenata, Na, odnosno, u drugoj, a K je najaktivniji metal u trećem razdoblju, koji sadrži 18 elemenata (prvo prijelazno razdoblje). U podskupini alkalnih metala (IA), sposobnost doniranja elektrona raste odozgo prema dolje.
Kemijska svojstva. Svi alkalijski metali aktivno reagiraju s kisikom, stvarajući okside ili perokside, koji se međusobno razlikuju po tome: Li prelazi u Li2O, a ostali alkalijski metali u smjesu M2O2 i MO2, a Rb i Cs se zapale. Svi alkalijski metali tvore s vodikovim solima slične hidride sastava M+H, termički postojane na visokim temperaturama, koji su aktivni redukcijski agensi; hidridi se razlažu s vodom na lužine i vodik i oslobađaju toplinu, uzrokujući paljenje plina, a brzina te reakcije za litij je veća nego za Na i K.
Vidi također VODIK; KISIK.
U tekućem amonijaku, alkalijski metali se otapaju, stvarajući plave otopine, i (za razliku od reakcije s vodom) mogu se ponovno osloboditi isparavanjem amonijaka ili dodavanjem odgovarajuće soli (na primjer, NaCl iz njegove otopine amonijaka). Pri reakciji s plinom amonijakom reakcija se odvija slično reakciji s vodom:

Amidi alkalijskih metala pokazuju osnovna svojstva slična hidroksidima. Većina spojeva alkalnih metala, osim nekih spojeva litija, visoko su topljivi u vodi. Po veličini atoma i gustoći naboja litij je blizak magneziju, pa su svojstva spojeva ovih elemenata slična. Po topljivosti i toplinskoj stabilnosti litijev karbonat sličan je magnezijevim i berilijevim karbonatima elemenata podskupine IIA; ti se karbonati raspadaju na relativno niskim temperaturama zbog jačih MO veza. Soli litija bolje su topive u organskim otapalima (alkoholima, eterima, naftnim otapalima) nego soli drugih alkalnih metala. Litij (poput magnezija) reagira izravno s dušikom u obliku Li3N (magnezij tvori Mg3N2), dok natrij i drugi alkalijski metali mogu formirati nitride samo u teškim uvjetima. Metali podskupine IA reagiraju s ugljikom, ali najlakše dolazi do interakcije s litijem (očito zbog njegovog malog radijusa), a najlakše s cezijem. Nasuprot tome, aktivni alkalijski metali reagiraju izravno s CO, tvoreći karbonile (primjerice, K(CO)x), a manje aktivni Li i Na samo pod određenim uvjetima.
Primjena. Alkalijski metali se koriste iu industriji iu kemijskim laboratorijima, na primjer, za sinteze. Litij se koristi za proizvodnju tvrdih lakih legura, koje su, međutim, krte. Velike količine natrij se troši za proizvodnju legure Na4Pb iz koje se proizvodi tetraetilolovo Pb(C2H5)4, antidetonator za benzinsko gorivo. Litij, natrij i kalcij koriste se kao komponente mekih ležajnih legura. Jedan i stoga pokretni elektron u vanjskom sloju čini alkalijske metale izvrsnim vodičima topline i elektriciteta. Legure kalija i natrija, koje zadržavaju tekuće stanje u širokom temperaturnom rasponu, koriste se kao tekućine za izmjenu topline u nekim vrstama nuklearnih reaktora i zbog visoke temperature V nuklearni reaktor koristi za proizvodnju pare. Metalni natrij u obliku napojnih sabirnica koristi se u elektrokemijskoj tehnologiji za prijenos struja velike snage. Litijev hidrid LiH je prikladan izvor vodika koji se oslobađa kada hidrid reagira s vodom. Litij aluminij hidrid LiAlH4 i litij hidrid koriste se kao redukcijski agensi u organskoj i anorganskoj sintezi. Zbog malog ionskog radijusa i odgovarajuće velike gustoće naboja, litij je aktivan u reakcijama s vodom, stoga su litijevi spojevi vrlo higroskopni, a litijev klorid LiCl se koristi za sušenje zraka pri radu uređaja. Hidroksidi alkalnih metala su jake baze, visoko topljive u vodi; koriste se za stvaranje alkalne sredine. Natrijev hidroksid, kao najjeftinija lužina, ima široku primjenu (samo u SAD-u godišnje se potroši više od 2,26 milijuna tona).
Litij. Najlakši metal, ima dva stabilna izotopa s atomskim masama 6 i 7; Teški izotop je češći, njegov sadržaj je 92,6% svih atoma litija. Litij je otkrio A. Arfvedson 1817., a izolirali R. Bunsen i A. Mathiesen 1855. Koristi se u proizvodnji termonuklearnog oružja (H-bomba), za povećanje tvrdoće legura i u farmaceutici. Litijeve soli koriste se za povećanje tvrdoće i kemijske otpornosti stakla, u alkalnoj tehnologiji baterije, za vezanje kisika tijekom zavarivanja.
Natrij. Poznat od davnina, izolirao ga je H. Davy 1807. godine. Meki je metal, njegovi spojevi kao što su lužine (natrijev hidroksid NaOH), soda bikarbona(natrijev bikarbonat NaHCO3) i natrijev karbonat (natrijev karbonat Na2CO3). Metal se također koristi u obliku pare u prigušenim plinskim žaruljama za uličnu rasvjetu.
Kalij. Poznat od davnina, izolirao ga je i H. Davy 1807. Poznate su kalijeve soli: kalijev nitrat (kalijev nitrat KNO3), potaša (kalijev karbonat K2CO3), kaustična potaša (kalijev hidroksid KOH) itd. Kalijev metal također nalazi različite primjene u tehnologijama legura za prijenos topline.
Rubidij otkrio ga je spektroskopijom R. Bunsen 1861.; sadrži 27,85% radioaktivnog rubidija Rb-87. Rubidij je, kao i drugi metali podskupine IA, kemijski vrlo reaktivan i mora se skladištiti pod slojem ulja ili kerozina kako bi se izbjegla oksidacija atmosferskim kisikom. Rubidij ima različite namjene, uključujući tehnologiju solarnih ćelija, radiovakuumske uređaje i farmaceutske proizvode.
cezij. Cezijevi spojevi su široko rasprostranjeni u prirodi, obično u malim količinama zajedno sa spojevima drugih alkalnih metala. Mineral polucit silikat sadrži 34% cezijevog oksida Cs2O. Element je otkrio R. Bunsen pomoću spektroskopije 1860. godine. Glavna upotreba cezija je proizvodnja solarnih ćelija i vakuumske cijevi, jedan od radioaktivnih izotopa cezija, Cs-137, koristi se u terapiji zračenjem i znanstvenim istraživanjima.
Franak. Posljednji član obitelji alkalnih metala, francij, toliko je radioaktivan da se u zemljinoj kori ne nalazi u više od tragova. Podaci o franciju i njegovim spojevima temelje se na proučavanju njegove beznačajne količine, umjetno dobivene (u visokoenergetskom akceleratoru) tijekom a-raspada aktinija-227. Najdugovječniji izotop 22387Fr raspada se za 21 minutu na 22388Ra i b-čestice. Kao gruba procjena, metalni radijus francija je 2,7. Francij ima većinu svojstava karakterističnih za druge alkalijske metale i karakteriziran je visokom aktivnošću doniranja elektrona. Tvori topive soli i hidroksid. U svim spojevima, francij pokazuje oksidacijsko stanje I.

Collierova enciklopedija. - Otvoreno društvo. 2000 .

Alkalijski metali zajednički su naziv za elemente 1. skupine periodnog sustava kemijskih elemenata. Njegov sastav je: litij (Li), natrij (Na), kalij (K), rubidij (Rb), cezij (Cs), francij (Fr), te hipotetski element - ununenij (Uue). Naziv skupine dolazi od naziva topivih natrijevih i kalijevih hidroksida, koji imaju alkalnu reakciju i okus. Razmotrimo zajedničke značajke građa atoma elemenata, svojstva, dobivanje i uporaba jednostavnih tvari.

Zastarjela i nova numeracija grupa

Prema zastarjelom sustavu numeriranja, alkalijski metali koji zauzimaju krajnji lijevi okomiti stupac periodnog sustava klasificirani su kao I-A skupina. Godine 1989. Međunarodna kemijska unija (IUPAC) predložila je drugu opciju (dugotrajnu) kao glavnu. Alkalijski metali prema nova klasifikacija a kontinuirano numeriranje odnosi se na skupinu 1. Ovaj kompleks otvara predstavnik 2. razdoblja - litij, a dovršava ga radioaktivni element 7. razdoblja - francij. Svi metali 1. skupine sadrže jedan s-elektron u vanjskoj ljusci svojih atoma, kojeg se lako predaju (regeneriraju).

Struktura atoma alkalijskih metala

Elemente skupine 1 karakterizira prisutnost druge energetske razine, ponavljajući strukturu prethodnog inertnog plina. Litij ima 2 elektrona u pretposljednjem sloju, a 8 elektrona u ostatku. U kemijske reakcije atomi lako odustaju od svog vanjskog elektrona, poprimajući energetski povoljnu konfiguraciju plemenitog plina. Elementi skupine 1 imaju niske energije ionizacije i elektronegativnost (EO). Lako stvaraju jednostruko nabijene pozitivne ione. Pri prelasku s litija na francij povećava se broj protona i elektrona te radijus atoma. Rubidij, cezij i francij lakše odustaju od svojih vanjskih elektrona nego elementi koji im prethode u skupini. Posljedično, u skupini od vrha prema dolje povećava se regenerativni kapacitet.

Laka oksidacija alkalnih metala dovodi do činjenice da elementi 1. skupine postoje u prirodi u obliku spojeva njihovih jednostruko nabijenih kationa. Sadržaj natrija u zemljinoj kori je 2,0%, kalija - 1,1%. Ostali elementi nalaze se u malim količinama, na primjer, rezerve francija - 340 g. Natrijev klorid se otapa u morskoj vodi, salamuri slanih jezera i estuarija, te tvori naslage kamene ili kuhinjske soli. Uz halit javlja se i silvinit NaCl. KCl i silvit KCl. Feldspat je formiran od kalijevog aluminosilikata K2. Natrijev karbonat je otopljen u vodi niza jezera, a rezerve sulfata elementa koncentrirane su u vodama Kaspijskog mora (Kara-Bogaz-Gol). U Čileu postoje nalazišta natrijeva nitrata (čileanska salitra). Postoji ograničen broj prirodnih spojeva litija. Rubidij i cezij nalaze se kao nečistoće u spojevima elemenata 1. skupine, a francij se nalazi u rudama urana.

Slijed otkrića alkalnih metala

Britanski kemičar i fizičar G. Davy 1807. godine proveo je elektrolizu lužinskih talina, čime je prvi put dobio natrij i kalij u slobodnom obliku. Godine 1817. švedski znanstvenik Johann Arfvedson otkrio je element litij u mineralima, a 1825. G. Davy izolirao je čisti metal. Rubidij su prvi otkrili 1861. godine R. Bunsen i G. Kirchhoff. Njemački istraživači analizirali su sastav aluminosilikata i dobili crvenu liniju u spektru koja odgovara novom elementu. Godine 1939. Margarita Pere, zaposlenica Pariškog instituta za radioaktivnost, ustanovila je postojanje izotopa francija. Element je nazvala u čast svoje domovine. Ununenij (eka-francij) je privremeni naziv za novu vrstu atoma s atomskim brojem 119. Privremeno se koristi kemijski simbol Uue. Od 1985. istraživači pokušavaju sintetizirati novi element, koji će biti prvi u 8. razdoblju, sedmi u 1. skupini.

Fizikalna svojstva alkalnih metala

Gotovo svi alkalijski metali imaju srebrno-bijelu boju i metalni sjaj kada su svježe izrezani (cezij ima zlatno-žutu boju). Na zraku sjaj blijedi i pojavljuje se sivi film; na litiju postaje zelenkasto-crn. Ovaj metal ima najveću tvrdoću među susjedima iz skupine, ali je inferioran talku, najmekšem mineralu na Mohsovoj ljestvici. Natrij i kalij lako se savijaju i mogu se rezati. Rubidij, cezij i francij u svom čistom obliku su masa poput tijesta. Taljenje alkalnih metala odvija se pri relativno niskim temperaturama. Za litij ona doseže 180,54 °C. Natrij se tali na temperaturi od 97,86 °C, kalij - na 63,51 °C, rubidij - na 39,32 °C, cezij - na 28,44 °C. Gustoća alkalnih metala manja je od gustoće njima srodnih tvari. Litij pluta u kerozinu, diže se na površinu vode, kalij i natrij također plutaju u njemu.

Kristalno stanje

Kristalizacija alkalnih metala događa se u kubnom sustavu (tjelesno centriran). Atomi u njegovom sastavu imaju vodljivi pojas, na čije se slobodne razine mogu kretati elektroni. Upravo te aktivne čestice ostvaruju posebnu kemijsku vezu — metalnu. Zajednička struktura energetskih razina i priroda kristalnih rešetki objašnjavaju sličnost elemenata skupine 1. Pri prelasku s litija na cezij povećavaju se mase atoma elemenata, što dovodi do prirodnog povećanja gustoće, kao i do promjene drugih svojstava.

Kemijska svojstva alkalnih metala

Jedini vanjski elektron u atomima alkalijskih metala slabo privlači jezgra, stoga ih karakterizira niska energija ionizacije i negativan ili blizu nule afinitet prema elektronu. Elementi skupine 1, koji imaju reducirajuću aktivnost, praktički nisu sposobni oksidirati. U skupini od vrha prema dolje povećava se aktivnost u kemijskim reakcijama:

Dobivanje i uporaba alkalnih metala

Metali koji pripadaju skupini 1 industrijski se proizvode elektrolizom talina njihovih halogenida i drugih prirodnih spojeva. Kad se djelovanjem razgradi električna struja pozitivni ioni na katodi dobivaju elektrone i reduciraju se u slobodni metal. Na suprotnoj elektrodi anion se oksidira.

Tijekom elektrolize hidroksidnih talina na anodi dolazi do oksidacije OH – čestica, oslobađanja kisika i dobivanja vode. Druga metoda je toplinska redukcija alkalijskih metala iz rastaljenih soli s kalcijem. Jednostavne tvari i spojevi elemenata 1. skupine imaju praktični značaj. Litij služi kao sirovina u nuklearnoj energiji i koristi se u raketnoj tehnici. U metalurgiji se koristi za uklanjanje zaostalog vodika, dušika, kisika i sumpora. Hidroksid se koristi kao dodatak elektrolitu u alkalnim baterijama.

Natrij je neophodan za nuklearnu energiju, metalurgiju i organsku sintezu. Cezij i rubidij koriste se u proizvodnji solarnih ćelija. Široko se koriste hidroksidi i soli, osobito kloridi, nitrati, sulfati i karbonati alkalnih metala. Kationi imaju biološku aktivnost, a za ljudski organizam posebno su važni ioni natrija i kalija.