Натрий. Калий. Соединения натрия и калия

Общая характеристика элементов IА группы периодической системы Д. И. Менделеева.

Лекция № 15

Информационные технологии поддержки принятия решений

Систе́ма подде́ржки приня́тия реше́ний (СППР) (англ. Decision Support System, DSS) — компьютерная автоматизированная система, целью которой является помощь людям, принимающим решение в сложных условиях для полного и объективного анализа предметной деятельности. СППР возникли в результате слияния управленческих информационных систем и систем управления базами данных.

Близкие к СППР классы систем — это экспертные системы и автоматизированные системы управления.

Тема «Щелочные металлы»

План:

1) Общая характеристика элементов IА группы периодической системы Д. И. Менделеева.

2) Натрий. Калий. Соединения натрия и калия.

Главную подгруппу I группы периодической системы Д.И. Менделеева составляют элементы - литий ₃Li, натрий ₁₁Na, калий ₁₉К, рубидий ₃₇Rb,

цезий ₅₅Cs и франций ₈₇Fr.

Элементы этой подгруппы относят к металлам. Их общее название - щелочные металлы, т.к. они и их оксиды при взаимодействии с водой образуют щелочи.

Щелочными металлами начинается каждый период периодической системы.

Атомы этих элементов имеют на внешнем энергетическом уровне один s-электрон, строение внешнего электронного слоя …. ns¹, относятся к n s -элементам

Вступая в химические взаимодействия, атомы щелочных металлов легко отдают электрон внешнего энергетического уровня, проявляя в соединениях постоянную степень окисления + 1.

Сверху вниз по подгруппе

· радиусы атомов увеличиваются,

· энергия ионизации уменьшается,

· способность отдавать электроны увеличивается,

· металлические свойства усиливаются,

· восстановительная способность увеличивается

₁₁Na

₁₉К

….n s ¹, I, +1

Нахождение в природе.

В свободном виде щелочные металлы в природе не встречаются, т.к они химически очень активны. Они находятся в природе только в виде соединений

Массовая доля натрия в земной коре составляет 2,64 %, калия - 2,60 %.Содержание в земной коре лития, рубидия и цезия значительно меньше и составляет соответственно 6,5.10^-3, 0,031 и 7.10^-4 %. Франций - радиоактивный элемент, его следы обнаружены в продуктах распада природного урана.

Основными природными соединениями натрия, являются минералы галит, или каменная (поваренная) соль NaCl, и мирабилит, или глауберова соль Na₂SO₄∙10H₂O.

К важнейшим минералам калия относится сильвинит NaCl ∙KCl., карналлит KCl ∙MgC1₂∙ 6H₂O,

Получение щелочных металлов

Получение натрия.

1. Металлический натрий в промышленности получают электролизом расплава хлорида натрия с инертными (графитовыми) электродами.

В расплаве хлорид натрия диссоциирует на ионы:

NaCl ↔ Nа⁺+Сl^-

При электролизе на катоде восстанавливаются катионы Na⁺, на аноде окисляются анионы Сl^-:

катод (-) Na⁺ +1е- = Na

анод (+) 2Cl^--2e-= Cl₂

2NaCl_{расплав} = 2Na + Сl₂

Таким образом, при электролизе образуются натрий и хлор.

Иногда натрий получают электролизом расплава гидроксида натрия NaOH.

NaOH↔ Na⁺ + OH^-

катод (-) Na⁺ + 1е - = Na

анод (+) 4ОН ^--4e-= 2Н₂О + О₂

4NaOH_{расплав} = 4Na + 2Н₂О + О₂

2. Другим способом получения натрия является восстановление соды углем при высоких температурах:

Na₂CO₃ + 2С = 2Na + 3CO

Этот способ используется реже, чем электролитический.

Получение калия.

1. Калий получают замещением его натрием из расплава хлорида калия или гидроксида калия

KCl + Na = K + NaCl

Такая реакция идет, несмотря на то, что в ряду стандартных электродных потенциалов натрий расположен левее калия.

2. Калий может быть получен также электролизом расплавов его соединений (KCI, КОН).

Физические свойства

На свежем срезе щелочные металлы - серебристо-белые с металлическим блеском, который на воздухе быстро исчезает вследствие окисления кислородом воздуха. Поэтому щелочные металлы хранят под слоем керосина или в атмосфере инертного газа.

Щелочные металлы являются легкими и пластичными. Литий - самый легкий металл, его плотность равна 0,534 г/см³ (20⁰ С).

Это мягкие металлы, по мягкости Na, К, Rb и Cs подобны воску, самым твердым является литий. Щелочные металлы легкоплавкие. Так, температура плавления цезия равна 28,5⁰С, наибольшая температура плавления у лития (180,5⁰С).

Щелочные металлы обладают хорошей тепло- и электропроводностью.

Химические свойства

Щелочные металлы обладают высокой химической активностью, их активность увеличивается в ряду Li-Na-K-Rb-Cs-Fr. В реакциях они являются сильными восстановителями.

1. взаимодействие с кислородом.

Щелочные металлы легко окисляются кислородом воздуха, а рубидий и цезий даже самовоспламеняются. С кислородом литий образует оксид:

4Li + O₂ = 2Li₂O

Основным продуктом окисления натрия является пероксид натрия:

2Na + O₂ = Na₂O₂

Калий, рубидии и цезии при взаимодействии с кислородом образуют главным образом надпероксиды, например надпероксид (супероксид) калия:

К + O₂ = KO₂

2. щелочные металлы самовоспламеняются во фторе, хлоре, парах брома, образуя галогениды, например:

2Na + Br₂ =2NаВr

3. при нагревании щелочные металлы взаимодействую со многими неметаллами (водородом, серой, селеном, йодом, азотом, углеродом).

Например, в реакциях с серой образуются сульфиды:

2Na + S = Na₂S

4. щелочные металлы взаимодействуют и с водородом при слабом нагревании, образуя гидриды

2Na + Н₂ = 2NaH

5. натрий и калий реагируя с ртутью образуют амальгамы.

Щелочные металлы взаимодействуют также со многими металлами, образуя интерметаллические соединения, например Li₂Zn₃, Nа₂Sn.

6. взаимодействие с водой.

Все щелочные металлы активно реагируют с водой, восстанавливая ее до водорода, например:

2Na + 2Н₂О = 2NaOH + H₂↑

Активность взаимодействия металлов с водой увеличивается от лития к цезию. Так, калий при взаимодействии с водой воспламеняется, а рубидий и цезий реагируют со взрывом.

7.взаимодействие с кислотами

Щелочные металлы взаимодействуют с хлороводородной и разбавленной серной кислотами с выделением водорода

2Na + 2НСl = 2NaCl + H₂↑

Концентрированную серную кислоту щелочные металлы восстанавливают главным образом до сероводорода:

8Na + 5H₂SO₄ = 4Na₂SO₄ + H₂S↑ + 4Н₂О

При этом возможно параллельное протекание реакции восстановления серной кислоты дооксида серы (IV) и элементной серы.

При реакции щелочного металла с разбавленной азотной кислотой преимущественно получается аммиак или нитрат аммония, а с концентрированной кислотой - азот или оксид азота (I)

8Na + 10НNO₃ (разб.) = 8NаNO₃ + NН₄NOз + 3Н₂О

8K+ 10HNO₃ (конц.) = 8KNO₃ + N₂O + 5H₂O

Однако, как правило, одновременно образуется несколько продуктов.

8. взаимодействие с оксидами металлов и солями

Щелочные металлы вследствие высокой химической активности могут –восстанавливать многие металлы из их оксидов и солей.

ВеО+ Na= Ве + Na₂O

СаСl₂ + 2Na = Са + 2NaCl

Такие реакции используются для получения некоторых металлов.

Дата добавления: 2014-01-20