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.
Периодическая таблица-1 группа

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

щелочные металлы_нахождение 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 реакцииокрашивание пламени солями щелочных металлов

Щелочные металлы_цвет пламени

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, H2SO4щелочные металлы взаимодействуют с образованием соли и выделением водорода:

2K + H2SO4(разб) = K2SO4 + H2

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

с концентрированной серной:

8Na + 5H2SO4(конц) = 4Na2SO4 + H2S + 4H2O;

с разбавленной азотной

8Na + 10HNO3(разб) = 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O;

с концентрированной азотной

8Na + 10HNO3(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.