Тема 2. Лужні метали

Основні теоретичні відомості

До головної підгрупи І групи елементів періодичної системи належать лужні метали: Літій Li, Натрій Na, Калій К, Рубідій Rb, Цезій Cs, Францій Fr. У зовнішньому електронному шарі атомів лужних металів розміщується по одному електрону, у передостанньому електронному шарі атома Літію міститься два електрони, а у решти атомів лужних металів по вісім електронів. Тому атоми цих елементів легко віддають один електрон, тобто мають низьку енергію йонізації, яка зменшується в підгрупі зверху вниз. Послаблення зв'язку електрона з ядром (зниження енергії йонізації) зумовлено зростанням радіусів атомів і екрануванням позитивно зарядженого ядра електронами внутрішніх шарів. Тому лужні метали легко утворюють катіони Ме^+. по схемі: Ме – 1 е^- = Ме⁺. Всі лужні метали проявляють ступінь окиснення +1 та валентність 1. Радіуси атомів збільшуються зі збільшенням порядкового номеру елемента, і в цьому ж напрямку збільшуються їх відновна активність. Всі лужні метали дуже сильні відновники.

Зі збільшенням протонних чисел елементів радіуси їхніх атомів зростають, енергії йонізації зменшуються, а металічні властивості посилюються. Отже, найактивнішим з лужних металів є Францій.

Зберігаються лужні метали під шаром керосину, так як на повітрі вони досить швидко окислюються за рівнянням:

4Ме + О₂ = 2 Ме₂О

Лужні метали дуже м'які, легкоплавкі. Для літію, натрію, калію і рубідію характерний сріблясто-білий блиск, для цезію — золотистий. На повітрі лужні метали легко тьмяніють (Rb і Cs здатні самозайматися), реакція прискорюється під дією вологи. Лужні метали мають високі електро- і теплопровідність.

Робота з лужними металами потребує обережності, оскільки вони легко займаються, бурхливо реагують з водою та іншими речовинами.

Завдяки дуже високій активності лужні метали здатні реагувати з сухим воднем під час нагрівання з утворенням гідридів Ме, з азотом під час нагрівання з утворенням нітридів Ме₃N.

Рубідій і цезій у кисні здатні самозайматися, натрій і літій займаються лише під час нагрівання. Тільки літій утворює оксид Li₂O, а всі інші лужні метали — пероксиди або надпероксиди. Так, натрій внаслідок взаємодії з киснем утворює пероксид Na₂O₂, а К, Rb, Cs — надпероксиди МеО₂.

Пероксиди і надпероксиди лужних металів — сильні окисники.

Оксиди натрію, калію, рубідію і цезію можна добути окисненням у разі нестачі кисню або під час взаємодії стехіометричних кількостей металу і пероксиду. Оксиди Li₂O і Na₂O — безбарвні, К₂О і Rb₂O — мають жовте забарвлення, Cs₂O — оранжеве.

Пероксиди можна розглядати як солі пероксиду гідрогену Н₂О₂. Під час розчинення у воді пероксиди повністю гідролізують, оскільки кислотні властивості Н₂О₂ виражені дуже слабко:

Na₂O₂ + 2Н₂О = 2NaOH + Н₂О₂.

Оксиди лужних металів дуже енергійно взаємодіють з водою з утворенням лугів:

К₂О + Н₂О = 2КОН.

Ще енергійніше з водою реагують самі лужні метали, причому зі збільшенням протонного числа елемента інтенсивність взаємодії його з водою зростає (Rb і Cs реагують з водою з вибухом):

2К + 2Н₂О = 2КОН + Н₂↑

Гідроксиди лужних металів, особливо літію, натрію і калію, дуже важливі сполуки.

Водні розчини гідрооксидів є сильними основами і виявляють сильно лужну реакцію внаслідок дисоціації їх на йони за загальною схемою:

МеОН Ме⁺ + ОН^-

Гідроксиди лужних металів розчиняються у воді з виділенням великої кількості теплоти, що свідчить про утворення гідратів. Розчини МеОН у воді дуже агресивні відносно різних речовин, тому їх називають їдкими лугами.

Лужні метали енергійно взаємодіють з кислотами, наприклад:

2Li + 2HCl = 2LiCl + H₂ ↑

Важливими солями лужних металів є нітрати, галогеніди, сульфати, карбонати. Всі вони розчинні у воді. Кристалізуючись, утворюють кристалогідрати, отже, вони гігроскопічні. Солі літію найбільш гігроскопічні, а солі цезію — найменш гігроскопічні.

Із солей лужних металів найбільше практичне значення мають: карбонат натрію, або кальцинована сода, Na₂CO₃, гідрогенкарбонат натрію, або питна сода, NaHCO₃ та кристалогідрат Na₂CO₃·10Н₂О, нітрати натрію NaNО₃ та калію К NО₃ (добрива), хлорид натрію NаCl (поварена сіль).

Якщо внести в полум'я пальника сіль лужного металу, воно набуде забарвлення, характерного для даного металу: літій забарвлює полум'я в кармінно-червоний колір, натрій — у жовтий, калій — у фіолетовий. За забарвленням полум'я можна виявляти ці елементи.

Лабораторна робота

Дослід 1. Взаємодія лужних металів з повітрям та водою.

(Роботу проводити за склом витяжної шафи).

а). Винути пінцетом із банки з керосином шматочок металічного літію, покласти його на фільтровальний папір і відрізати від нього ножем шматочок величиною з горошину. Звернути увагу на потускніння блискучої металічної поверхні свіжого надрізу. Добре просушити метал фільтровальним папіром і помістити у фарфорову чашку наповнену водою. Прикрити чашку склом. Спостерігайте за ходом реакції. Який газ виділяється?

б). Аналогічні досліди провести з металічним натрієм та калієм. Визначити, який з металів найбільш активно взаємодіє з водою. Чи узгоджується ций висновок з його положенням в ряді стандартних електродних потенціалів. Який газ при цьому виділяється? Дослідити реакцію розчинів фенолфталеіном. Написати рівняння відповідних реакцій.

Дослід 2. Взаємодія натрій пероксиду з волою.

В суху пробірку внести 1 мікрошпатель натрій пероксиду і додати 4-5 крапель води. Розчин підігріти і внести у пробірку тліючу скіпку. Який газ при цьому виділяється? Після закінчення реакції до розчину додати 1-2 краплі фенолфталеїну. У який колір забарвлюється розчин в пробірці? Скласти рівняння реакцій натрій пероксиду з водою.

Дослід 3 Гідроліз солей лужних металів.

У три пробірки помістити окремо декілька кристалів калій хлориду, натрій карбонату, натрій фосфату. Прилити по 2-3 мл дистильованої води і додати 1 краплю лакмусу. Які солі повинні підлягати гідролізу і чому? Написати рівняння відповідних реакцій гідролізу в молекулярній та йонній формах.

Дослід 4. Якісні реакції на катіони натрію та калію .

а). У пробірку з 2-3 краплями розчину натрій хлориду додати таку саму кількість розчину гексагідроксостибіатат (V) калію . Реакцію проводити при охолодженні розчину водою з під крана і потиранні внутрішніх стінок паличкою. Спостерігати утворення білого дрібнокристалічного осаду. Скласти рівняння реакцій в молекулярній та йонній формах.

б). До 3-4 крапель розчину калій хлориду додати 3 краплі розчину комплексної солі гексанітрокобальтат (III) натрію і спостерігати за утворенням жовтого кристалічного осаду гексанітрокобальтат (III) калію-натрію .

Скласти рівняння в молекулярній та йонній формах.

Дослід 5. Забарвлення полум’я солями лужних металів.

Очищену шляхом промивання в хлоридній кислоті і прожарювання ніхромову проволоку внести у розчин солі Літію, а потім в полум’я пальника. Спостерігати забарвлення полум’я. Теж саме виконати з солями Натрію та Калію.

Ніхромову проволоку після кожної солі промити у хлоридній кислоті і прожарити до повного зникнення забарвлення полум’я.

Дата добавления: 2014-10-31