Alkalijske kovine. Struktura, fizikalne in kemijske lastnosti, uporaba

Alkalijske kovine - skupno ime elementov prve skupine periodičnega sistema kemijskih elementov. Njegova sestava: litij (Li), natrij (Na), kalij (K), rubidij (Rb), cezij (Cs), francij (Fr) in hipotetični element - ununenij (Uue). Ime skupine izhaja iz imena topnih natrijevih in kalijevih hidroksidov, ki imajo alkalno reakcijo in okus. Upoštevajte splošne strukturne značilnosti atomov elementov, lastnosti, proizvodnjo in uporabo preprostih snovi.

Zastarelo in novo oštevilčevanje skupin

V skladu z zastarelim sistemom oštevilčenja alkalne kovine, ki zasedajo skrajni levi navpični stolpec periodnega sistema, pripadajo skupini IA. Leta 1989 je Mednarodna kemijska zveza (IUPAC) predlagala drugo možnost (dolgo obdobje) kot glavno. Alkalijske kovine v skladu z novo klasifikacijo in neprekinjenim oštevilčenjem spadajo v 1. skupino. Predstavnik drugega obdobja - litij - odpre ta agregat, dopolni svoj radioaktivni element sedmega obdobja - Francijo. Vse kovine prve skupine v zunanji lupini atomov vsebujejo en s-elektron, ki ga zlahka oddajajo (obnovijo).

Struktura atomov alkalijskih kovin

Za elemente prve skupine je značilna prisotnost druge stopnje energije, ki ponavlja strukturo predhodnega inertnega plina. Litij ima v zadnjem sloju 2 elektrona in 8 elektronov v drugih. Pri kemičnih reakcijah atomi z lahkoto oddajajo zunanji s-elektron, s čimer pridobijo energijsko ugodno konfiguracijo plemenitega plina. Elementi prve skupine imajo majhne vrednosti ionizacijske energije in elektronegativnosti (EO). Zlahka tvorijo posamezno nabite pozitivne ione. Med prehodom iz litija v Francijo se povečuje število protonov in elektronov, polmer atoma. Rubidij, cezij in francij lažje darovajo zunanji elektron kot elementi, ki so pred njimi v skupini. Zato se v skupini od zgoraj navzdol poveča sposobnost zmanjševanja.

Vsebina v skorji

Enostavna oksidacija alkalijskih kovin vodi v dejstvo, da elementi prve skupine obstajajo v naravi v obliki spojin njihovih posamezno nabitih kationov. Vsebnost zemeljske skorje natrija - 2,0%, kalija - 1,1%. Drugi elementi v njem so v majhnih količinah, na primer zaloge Francije - 340 g. Natrijev klorid raztopi v morski vodi, slanici jezer in estuarijev, tvori usedline kamna ali. t sol. Skupaj z halitom najdemo silvinit NaCl • KCl in sylvin KCl. Feldspat tvori kalijev aluminosilikat K2 [Al2Si6O16]. V vodi raztopljenih več jezer natrijev karbonat in sulfatne zaloge elementa so koncentrirane v Kaspijskem morju (Kara-Bogaz-Gol). Obstajajo depoziti natrijev nitrat v Čilu (čilska solitra). Obstaja omejeno število naravnih litijevih spojin. Rubidij in cezij najdemo kot nečistoče spojin prve skupine elementov, v sestavi uranovih rud pa francij.

Zaporedje odkrivanja alkalnih kovin

Britanski kemik in fizik G. Devi je leta 1807 izvedel elektrolizo alkalnih talin, pri čemer je najprej prejel natrij in kalij v prosti obliki. Leta 1817 je švedski znanstvenik Johann Arfvedson odkril element litij v mineralih, leta 1825 pa je G. Devi izbral čisto kovino. Rubidij so najprej leta 1861 odkrili R. Bunsen in G. Kirchhoff. Nemški raziskovalci so analizirali sestavo aluminosilikatov in pridobili v spektru rdečo črto, ki ustreza novemu elementu. Leta 1939 je zaposlena na pariškem Inštitutu za radioaktivnost Margarita Pere ugotovila obstoj francoskega izotopa. Poimenovala je tudi element v čast svoji domovini. Ununennius (eka-francia) je pogojno ime nove vrste atoma s serijsko številko 119. Kemijski simbol Uue se začasno uporablja. Od leta 1985 so raziskovalci poskušali sintetizirati nov element, ki bo prvi v osmem obdobju, sedmi v 1. skupini.

Fizikalne lastnosti alkalnih kovin

Skoraj vse alkalijske kovine imajo srebrno bele barve in kovinski lesk na svežem rezu (cezij ima zlato rumeno barvo). Bliskavica se zmanjša v zraku, pojavi se siva folija, na litiju je zelenkasto-črna. Ta kovina ima najvišjo trdoto med svojimi sosedami v skupini, vendar je slabša od smuke - najmehkejši mineral, ki odpira Mohsovo lestvico. Natrijev in kalij se zlahka upogibata, lahko se jih tudi razreže. Rubidij, cezij in francij v čisti obliki predstavljajo pastasto maso. Taljenje alkalnih kovin poteka pri relativno nizki temperaturi. Za litij doseže 180,54 ° C. Natrij se tali pri 97,86 ° C, kalij pri 63,51 ° C, rubidij pri 39,32 ° C, cezij pri 28,44 ° C. Gostota alkalijskih kovin je manjša od sorodnih snovi. Litij lebdi v kerozinu, se dvigne na površino vode, v njem pa lebdeta tudi kalij in natrij.

Kristalno stanje

Kristalizacija alkalijskih kovin se pojavi v kubični sinoniji (osredotočeni na telo). Atomi v njegovi sestavi imajo prevodni pas, do katerega lahko prenašajo prosti nivoji, ki jih lahko prenašajo elektroni. Ti aktivni delci imajo posebno kemično vez - kovinsko. Skupna struktura energetskih nivojev in narava kristalnih mrež pojasnjuje podobnost elementov prve skupine. Med prehodom iz litija v cezij naraščajo mase atomov elementov, kar vodi do rednega povečanja gostote in do spremembe drugih lastnosti.

Kemijske lastnosti alkalnih kovin

Edini zunanji elektron v atomih alkalijskih kovin je šibko privlačen v jedro, zato imajo nizko ionizacijsko energijo, negativno ali skoraj nično elektronsko afiniteto. Elementi prve skupine, ki imajo redukcijsko aktivnost, praktično niso sposobni oksidacije. V skupini od zgoraj navzdol se aktivnost v kemijskih reakcijah povečuje:

• Natrij, kalij in litij z rahlo segreto svetlobo na zraku. Pri prvih dveh kovinah je značilno nastajanje peroksidov in perperoksidov v tej reakciji, za litij pa se oksid Li ₂ O. Rubidij in cezij v zraku samodejno vžge.
• Alkalijske kovine lahko celo zmanjšajo vodik. Ko se segrejejo, sodelujte z atomi najlažjega elementa in ga obnovite v negativno nabite H ^- ion. V reakciji dobimo hidride, npr. NaH, KH.
• Enostavne snovi, ki ustrezajo elementom prve skupine, medsebojno delujejo z vodo in tvorijo alkalije, na primer LiOH, NaOH, KOH. Proces spremlja sproščanje plinastega vodika, ki se samodejno vname ali eksplodira. 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 _^. Rubidij in cezij reagirata tudi z ledom. Shranjevanje alkalnih kovin je dovoljeno pod plastjo mineralnega olja, v kerozinu, v zapečatenih steklenih posodah.
• Prve skupine kovin aktivno sodelujejo s halogeni, reakcija s fluorom in klorom je še posebej živahna, pri segrevanju pa z žveplom in fosforjem. Večina nastalih soli ima dobro topnost.
• Visokokakovostna reakcija - razgradnja soli alkalijskih kovin v požaru plinskega gorilnika. Pari barve plamen v določeni barvi.
• Pri medsebojnem delovanju alkalijskih kovin z alkoholi dobimo alkoholate, s karboksilnimi kislinami dobimo ustrezne soli, npr. Natrijev format.

Priprava in uporaba alkalnih kovin

Kovine, ki spadajo v 1. skupino, so industrijsko proizvedene z elektrolizo taline njihovih halogenidov in drugih naravnih spojin. Po razgradnji pod vplivom električnega toka pozitivni ioni na katodi pritrdijo elektrone in se reducirajo do proste kovine. Anion se oksidira na nasprotni elektrodi.

Med elektrolizo taline hidroksida na anodi se oksidirajo delci OH-, pri čemer nastaja kisik in dobiva se voda. Druga metoda je termična redukcija alkalijskih kovin iz taline njihovih kalcijevih soli. Enostavne snovi in ​​spojine elementov prve skupine so praktičnega pomena. Litij se uporablja kot surovina v atomski energiji, ki se uporablja v raketni tehnologiji. V metalurgiji se uporablja za odstranjevanje ostankov vodika, dušika, kisika in žvepla. Hidroksid se dopolni z elektrolitom v alkalnih baterijah.

Natrij je nujen za jedrsko energijo, metalurgijo, organsko sintezo. Cesij in rubidij se uporabljata pri proizvodnji fotovoltaičnih celic. Pogosto se uporabljajo hidroksidi in soli, zlasti kloridi, nitrati, sulfati, karbonati alkalnih kovin. Kationi imajo biološko aktivnost, natrijevi in ​​kalijevi ioni so še posebej pomembni za človeško telo.