I группа главная подгруппа Периодической системы Менделеева (щелочные металлы)

I группа главная подгруппа Периодической системы Менделеева представляет собой щелочные металлы. К щелочным металлам относят химические элементы:

Литий Li,

Натрий Na,

Калий K,

Цезий Cs,

Рубидий Rb

Франций Fr

Эти металлы очень активны, поэтому их хранят под слоем вазелина или керосина.

Общая характеристика щелочных металлов

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, все они содержат 1 электрон на внешнем уровне ns¹:

Li — 2s¹

Na — 3s¹

K — 4s¹

Rb — 5s¹

Cs — 6s¹

Fr — 7s¹

Следовательно, типичная степень окисления щелочных металлов в соединениях +1.

Нахождение щелочных металлов в природе

Способы получения щелочных металлов

 Литий

• Литий получают в промышленности электролизом расплава хлорида лития в смеси с KCl или BaCl₂ (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):

2LiCl = 2Li + Cl₂

• Известен также способ получения лития из его оксида в вакууме при 300°С:

2Li₂O + Si + 2CaO = 4Li + Ca₂SiO₄

Натрий

1. Натрий получают электролизом расплава хлорида натрия с добавками хлорида кальция:

2NaCl (расплав) → 2Na + Cl2

Электролитом обычно служит смесь NaCl с NaF и КСl (что позволяет проводить процесс при 610–650°С).

1. Натрий можно получить, прокаливая соду с углем в закрытых тиглях, пары металла конденсируются на крышке тигля, выход реакции невысокий:

Na₂CO₃ + 2C = 2Na + 3CO

Калий

1. Калий получают также электролизом расплавов солей или расплава гидроксида калия, однако на практике таким способом их не получают из-за высокой химической активности

1. Наиболее распространены методы термохимического восстановления: восстановление калия из расплавов хлоридов или гидроксидов.:

KCl + Na = K + NaCl

KOH + Na = K + NaOH

В качестве восстановителей используют пары натрия, карбид кальция, алюминий, кремний

Цезий, Рубидий

• Цезий и рубидий получают восстановлением их хлоридов специально подготовленным кальцием при 700–800 °С:

Са + 2CsCl → 2Cs + CaCl₂

• В качестве восстановителя также используют цирконий, реакция протекает при 650 °С:

2Cs₂CO₃ + Zr = 4Cs + ZrO₂ + 2CO₂

• В промышленности используют преимущественно физико-химические методы выделения чистого цезия: многократную ректификацию в вакууме

Химические свойства щелочных металлов

Качественные реакции — окрашивание пламени солями щелочных металлов

Цвет пламени:

Li — карминно-красный
Na — желтый
K — фиолетовый
Rb — буро-красный
Cs — фиолетово-красный

Взаимодействие щелочных металлов с простыми веществами — неметаллами

С кислородом

• Литий образует оксид:

4Li + O₂ = 2Li₂O

• Натрий образует пероксид:

2Na + O₂ = Na₂O₂

• Калий образует надпероксид:

K + O₂ = KO₂

С галогенами (F, Cl, Br, I)

Щелочные металлы образуют галогениды:

2Li + F₂ = 2LiF

2Na + Cl₂ = 2NaCl

2K + I₂ = 2KI

С водородом

Щелочные металлы образуют гидриды:

2Na + H₂ = 2NaH

С серой

Щелочные металлы образуют сульфиды:

2Na + S = Na₂S   

С азотом

При комнатной температуре взаимодействует только литий:

6Li + N₂ = 2Li₃N

Остальные щелочные металлы реагируют с азотом при нагревании:

6Na + N₂ = 2Na₃N

С углеродом

Щелочные металлы при нагревании образуют карбиды, преимущественно ацетилениды:

2Na + 2C → Na₂C₂ (t = 150-200 °C)

С фосфором

Щелочные металлы активно реагируют с фосфором образуя фосфиды:

3Na + P → Na₃P

Взаимодействие щелочных металлов со сложными веществами

С водой

Щелочные металлы реагируют с водой при обычных условиях:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

Видео Взаимодействие щелочных металлов с водой

С кислотами

• С растворами HCl, H₂SO₄ щелочные металлы взаимодействуют с образованием соли и выделением водорода:

2K + H₂SO_4(разб) = K₂SO₄ + H₂

• С кислотами-окислителями (HNO₃ и конц. H₂SO₄):

с концентрированной серной:

8Na + 5H₂SO_4(конц) = 4Na₂SO₄ + H₂S + 4H₂O;

с разбавленной азотной

8Na + 10HNO_3(разб) = 8NaNO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O;

с концентрированной азотной

8Na + 10HNO_3(конц) = 8NaNO₃ + N₂O + 5H₂O.

• Со слабыми кислотами

2СH₃COOH + 2Li → 2CH₃COOOLi + H₂↑

С солями

В расплаве щелочные металлы могут взаимодействовать с некоторыми солями:

3Na + AlCl₃ → 3NaCl + Al

Запомните! В растворе щелочные металлы взаимодействуют с водой, а не с солями других металлов.