Лужні елементи - лужні метали

За матеріалами

з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

H																	He
Li	Be											B	C	N	O	F	Ne
Na	Mg											Al	Si	P	S	Cl	Ar
K	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
Rb	Sr	Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
Cs	Ba	*	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
Fr	Ra	**	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Uut	Fl	Uup	Uuh	Uus	Uuo

		*	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
		**	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr

Група 1 періодичної таблиці (Лужні метали)

Лу́жні мета́ли — елементи групи 1 періодичної системи, за старою класифікацією головної підгрупи I групи. Назва пов'язана з тим, що при взаємодії лужних металів з водою утворюється їдкий луг. До лужних металів належать (у порядку збільшення атомного номера) літій (Li), натрій(Na), калій (K), рубідій (Rb), цезій (Cs) , францій (Fr).

Зміст

Загальна характеристика

Характерною рисою будови атомів лужних металів, є наявність одного електрона на зовнішній електронній оболонці. Завдяки цьому всі вони з легкістю віддають електрон, отримуючи при цьому завершений (попередній) енергетичний рівень. В реакціях лужні метали виступають сильними відновниками.

Хоча лужні метали надзвичайно поширені на Землі, у природі вони існують винятково у вигляді сполук через високу відновлювальну активність. Na, K відкриті в 1807 Гемфрі Деві, який першим почав широко застосовувати електроліз. Li відкрив Йоганн Арфведсон (Швеція, 1817), Rb — Роберт Бунзен, Густав Кірхгофф (Німеччина, 1861), Cs — Роберт Бунзен, Густав Кірхгофф (Німеччина, 1860), Fr — Маргерітт Пере (Франція, 1939).

Фізичні властивості лужних металів

Лужні метали — м'які (натрій ріжеться ножем, як вершкове масло, інші трохи жорсткіші) метали від сріблясто-білого до сірого кольору з характерним блиском, які дуже швидко тьмяніють на повітрі. Легкоплавкі й рухливі. Агресивні, вибухонебезпечні (зберігаються в атмосфері інертного газу або під шаром гасу). У розплавленому стані здатні проводити струм. Цезій можна розплавити темлом людської долоні (потримавши ампулу з цезієм в долоні).

Лужні метали зберігають в закритих посудинах під шаром гасу або в запаяних ампулах ( для запобігання контакту з речовинами навколишнього середовища).

Різання натрію ножем

Реакція натрію з киснем (а), зберігання натрію під шаром гасу (б), горіння натрію в сірці (в)

Хімічні властивості

Лужні метали легко реагують із киснем.

Літій при взаємодії з киснем утворює оксид Li₂O, решта — пероксиди та надпероксиди:

\mathrm{ 4Li + O_2 \xrightarrow{>200^oC} 2Li_2O}

(літій оксид)

\mathrm{ 2Na + O_2 \xrightarrow{250-400^oC} Na_2O_2}

(натрій пероксид)

\mathrm{ K + O_2 \rightarrow KO_2}

(калій надпероксид)

Легко реагують із водою, з виділенням великої кількості тепла:

\mathrm{ 2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow}

Взаємодіють із неметалами:

\mathrm{ 2Na + S \rightarrow Na_2S}

\mathrm{ 2K + Br_2 \rightarrow 2KBr}

Всі сполуки лужних елементів з Оксигеном мають різне забарвлення, інтенсивність якого посилюється в ряді від Li до Cs:

Формула кисневої сполуки	Колір
Li₂O	Білий
Na₂O	Білий
K₂O	Світло - жовтий
Rb₂O	Жовтий
Cs₂O	Оранжевий
Na₂O₂	Світло-жовтий
KO₂	Оранжевий
RbO₂	Темно-коричневий
CsO₂	Жовтий

Взаємодія з кислотами.

Натрій і калій здатні витискувати водень не лише з води, а й із розбавлених кислот — слабких окисників (НСІ, CH3COOH, H2SO4, H2S, HBr):

Реакції лужних металів з кислотами — сильними окисниками перебігають бурхливо, іноді з вибухом:

Взаємодія з оксидами металічних елементів. Натрій як сильний відновник витісняє деякі металічні елементи з їх оксидів за високих температур, наприклад:

Взаємодія з органічними сполуками. Натрій та калій реагують з деякими органічними сполуками, наприклад спиртами, з яких натрій та калій витискують водень:

Галерея

Застосування лужних металів та їх сполук:

Застосування лужних металів зумовлене їх фізико-хімічними властивостями. Так, натрій легко взаємодіє з киснем повітря, тому його використовують для видалення бульбашок газу зі сплавів металів. У складі сплавів він надає їм здатності стискуватися і при цьому не розтріскуватися, зберігати твердість. З них виробляють осьові підшипники для залізничного транспорту, оскільки вони працюють в умовах постійної та різкої зміни навантажень. Натрій, іноді разом з калієм, застосовується в кольоровій металургії як відновник для добування важких металів; у ядерних реакторах — як теплоносій; при добуванні синтетичного каучуку — як каталізатор; є осушувачем органічних речовин.

Високу хімічну активність літію використовують для виготовлення радіоламп. Для створення вакууму в колбу вносять невеличкий шматочок літію, який миттєво поглинає залишки повітря.

Властивість рубідію та цезію реагувати на світло застосовується у фотоелементах: при освітленні їх поверхні вони стають джерелом електричного струму, при зникненні освітлення струм так само зникає. Фотоелементи широко використовуються в звуковому кіно, на телебаченні. Найкращі фотоелементи виробляють зі сплаву стибію та цезію.

Існують проекти використання францію для ранньої діагностики раку: встановлено, що він накопичується в ракових пухлинах.

Металічний натрій – найширше застосований метал. Він використовується у металургії як відновник, для абсолютування органічних розчинників, як теплоносій в ядерних реакторах разом з калієм, для добування Na2O2, який, у свою чергу, застосовується для очищення та регенерації повітря в апаратах штучного дихання.

Сполуки натрію використовуються у медицині і багатьох галузях промисловості. Пероксиди застосувують для вибілювання тканин, гідроксид натрію – при виробництві целюлози, виготовленні мил і миючих засобів, штучного волокна, очищення мастил, виробництві барвників тощо. Фторид натрію використовують для просочення деревини і як флюс.

Металічний калій застосовують рідше, ніж натрій. Його використовують у металотермії та органічних синтезах для одержання сплавів з натрієм та іншими металами, а також для вимірювання поглинання рентгенівського випромінювання за допомогою калієвої пластинки. З нього одержують надпероксид, який використовують у підводних човнах для регенерації повітря:

4КО2 + 2CO2 à 2K2CO3 + 3O2

Сполуки калію застосовують у сільському господарстві як добрива, в стекольній промисловості, при виробництві рідкого мила та ін.

Рубідій та цезій застосовують для виготовлення фотоелементів. Інтерметалеві сполуки рубідію та цезію Rb3Sb і Cs3Sb використовують як напівпровідниковий матеріал при виготовленні фотокатодів. Багато комплексних сполук, що містять Rb і Cs, використовують в аналітичній хімії.

Література

Ахметов Н. С. Загальна та неорганічна хімія. — М.: Вища школа, 2001. — ISBN 5-06-003363-5.
Лідин Р. А.. Довідник із загальної та неорганічної хімії. — М.: колоси, 2008. — ISBN 978-5-9532-0465-1.
Некрасов Б. В. Основи загальної хімії. — М.: Лань, 2004. — ISBN 5-8114-0501-4.
Спіцин В. І., Мартиненко Л. І. Неорганічна хімія. — М.: МДУ, 1991, 1994.
Турова Н. Я. Неорганічна хімія в таблицях. Навчальний посібник. — М.: ЧеРо, 2002. — ISBN 5-88711-168-2.
Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. (1997), Chemistry of the Elements (2nd ed.), Oxford:Butterworth-Heinemann, ISBN 0-08-037941-9
F. Albert Cotton, Carlos A. Murillo, and Manfred Bochmann, (1999), Advanced inorganic chemistry. (6th ed.), New York:Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5
Housecroft, C. E. Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3rd ed.). Prentice Hall, ISBN 978-0-13-175553-6

Про хімічні елементи

Сторінки

Лужні метали