[МУЗЫКА]

[БЕЗ_ЗВУКА] Мы

рассмотрели общую характеристику свойств металлов.

Давайте теперь более подробно будем разбираться со свойствами отдельных

групп элементов.

И начнем с самой первой группы периодической системы.

В этой группе находятся щелочные металлы, s-элементы: литий,

натрий, калий, рубидий, цезий и франций.

У этих элементов всего лишь один электрон на внешнем электронном слое.

И они способны быть в положительной степени окисления только +1,

наиболее характерной для них степени окисления.

Это достаточно распространенные в земной коре элементы.

Так, натрий и калий занимают, соответственно,

шестое и восьмое место по распространенности.

Натрий образует такой важный минерал, как галит, хлорид натрия,

входит в состав каменной соли.

Калий также образует собственный минерал хлорид калия, сильвин,

но образует и другие минералы, например, смесь калия, хлора и натрия,

хлор минерал сильвинит, а KCl MgCL2 * 6H2O — карналлит.

Литий замнимает 29-е место по распространенности и входит в состав

такого минерала, как, например, сподумен, алюмосиликат лития Li2 Al2 Si4 O12.

Рубидий и цезий чуть-чуть менее распространенные,

26-е и 38-е место, собственных минералов образуют достаточно мало.

Ну а франций в земной коре отсутствует,

поскольку это сильно радиоактивный элемент.

Как были открыты щелочные металлы?

Поскольку щелочные металлы — достаточно активные вещества,

то их открытие было сопряжено с рядом трудностей.

Необходимо было сначала изобрести электричество,

чтобы с помощью электролиза их можно было выделить.

Впервые это удалось сделать английскому химику Гемфри Дэви в 1807 году.

Он получил натрий и калий.

Калий получил свое название от арабского «алкали», что означает щелочное вещество.

Ну, а натрий, по-английски sodium, получил свое название от соды,

то есть карбоната натрия, в состав которого он входит.

Чуть позднее был открыт литий шведом Берцелиусом в 1817 году.

Свое название литий получил от греческого λίθος, что означает камень.

Еще позже, уже во второй половине XIX века в 1861

году немцы Киргхоф и Бунзен смогли получить рубидий и цезий.

Это тот самый Бунзен, в честь которого названа знаменитая лабораторная колба.

Свои названия рубидий и цезий получили от цвета пламени их солей, так,

от латинского rubidos означает «красный», а caesius — «небесно-голубой».

Франций — это радиоактивный элемент, поэтому его открыли уже в XX веке.

В 1939 году он был открыт француженкой по фамилии Перей

и получил свое название в честь ее родины, в честь Франции.

Получился франций в результате радиоактивного α-распада Ac227.

Период полураспада франция 223 оказался всего лишь 22 минуты.

Как же получают щелочные металлы?

Безусловно, основным способом получения щелочных металлов является электролиз

расплавов либо хлоридов, либо гидроксидов щелочных металлов.

Нельзя подвергать электролизу растворы хлоридов щелочных металлов, поскольку в

этом случае образующийся щелочной металл будет сразу же вступать в реакцию с водой.

Итак, при электролизе на катоде происходит восстановление катиона щелочного металла

до металла в степени окисления ноль, то есть до металлического состояния.

Для некоторых металлов для получения, например, рубидия и цезия,

можно использовать восстановление их хлорида более активным металлом, например,

кальцием.

Так при взаимодействии RbCl с кальцием можно получить чистый рубидий и,

конечно же, CaCl2.

Эта реакция будет протекать только в вакууме,

то есть в отсутствие каких-то других веществ,

с которым рубидий может прореагировать при высокой температуре 700 градусов Цельсия.

Какие химические свойства характерны для щелочных металлов?

Все щелочные металлы проявляют единственную положительную степень

окисления +1.

Их гидроксиды MOH — это сильные растворимые основания, то есть щелочи.

А в металлическом состоянии это очень реакционноспособные вещества.

Они проявляют восстановительные свойства.

Давайте чуть подробнее рассмотрим свойства простых веществ.

Конечно же, самой знаменитой и, может быть,

самой основной реакцией щелочных металлов является реакция с водой.

Литий реагирует с водой при небольшом нагревании,

натрий легко реагирует при комнатной температуре, а реакция калия,

рубидия и цезия часто заканчивается взрывом.

Также и натрий с водой может взорваться,

если достаточно большой кусок натрия бросить в небольшое количество воды.

Давайте посмотрим, как натрий реагирует с водой в лаборатории.

Щелочные металлы чрезвычайно активные и очень мягкие.

Поэтому их хранят под слоем керосина с одной стороны, с другой стороны их можно

легко разрезать с помощью обыкновенного ножа или скальпеля.

Давайте достанем небольшой кусочек натрия.

Очистим его от

керосина и отрежем еще более мелкий кусочек с помощью скальпеля.

На срезе вы можете увидеть,

что натрий — серебристо-белый металл.

Для того чтобы очистить от керосина,

отожмем кусочек между двумя листочками фильтровальной бумаги

[БЕЗ_ЗВУКА] и

бросим отрезанный кусочек натрия в кристаллизатор с водой,

которая подкрашена фенолфталеином.

Начинается бурная реакция.

Натрий начинает бегать по поверхности, оставляя после себя малиновые разводы.

Изменение окраски фенолфталеина обусловлено тем,

что в этой реакции образуется гидроксид натрия, это сильное основание, щелочь.

Именно за счет присутствии щелочи фенолфталеин и окрашивается в

малиновый цвет.

[ЗВУК] Щелочные

металлы способны реагировать со многими простыми веществами.

Так, они легко вступают в реакцию с водородом.

При этом образуются солеобразные или ионные гидриды.

Это означает, что в узлах кристаллической решетки находятся катионы щелочного

металла и анионы H−.

Такие гидриды неустойчивы к действию воды,

поскольку проявляются сильные восстановительные свойства.

В реакции с водой образуется гидроксид щелочного металла и выделяется водород.

Щелочные металлы вступают в реакцию и с галогенами.

Некоторые в эту реакцию вступают достаточно бурно.

Продуктами реакции являются галогениды щелочных металлов.

Щелочные металлы при нагревании реагируют и с серой.

При этом образуются сульфиды щелочных металлов.

Очень важна реакция щелочных металлов с кислородом.

Она очень легко протекает,

если мы достаем щелочной металл и оставляем его на воздухе.

Буквально на глазах блестящая поверхность щелочного металла покрывается пленкой

оксида, пероксида или надпероксида.

Литий сгорает на воздухе с образованием преимущественно оксида.

И лишь небольшая доля пероксида образуется при этом, состава Li2O2.

Натрий же лишь немножечко дает оксида,

а в основном образуется пероксид Na2O2 — вещество желтого цвета.

Уже калий в основном образует только надпероксид с примесью пероксида K2O2.

А вот рубидий и цезий при сгорании на воздухе дают

исключительно надпероксид состава металл O2.

Какими свойствами обладают такие любопытные кислородные соединения щелочных

металлов?

Оксиды щелочных металлов — это, конечно же, основные оксиды.

При взаимодействии с водой они дают сильные растворимые основания,

щелочи состава металл.

Пероксиды щелочных металлов реагируют с водой также с образованием

гидроксида щелочного металла, металл И пероксида водорода.

Поэтому пероксиды щелочных металлов проявляют окислительные свойства,

поскольку в реакции с водой может образоваться пероксид водорода.

Надоксиды щелочных металлов — еще более сильные окислители.

В реакции с водой они разлагаются, образуется гидроксид щелочного металла,

пероксид водорода, и выделяется кислород.

Кроме этих трех типов кислородных соединений щелочных металлов

существует еще и четвертый — озониды.

Их состав — металл O3, такие вещества получаются при

взаимодействии озона с гидроксидом щелочного металла.

При взаимодействии с водой озониды разлагаются с образованием

гидроксида металла, пероксида водорода и выделением кислорода.

Для чего же можно использовать столь необычные соединения щелочных металлов?

Пероксиды и надпероксиды используются для вентиляции воздуха в замкнутых помещениях.

При взаимодействии пероксида натрия с углекислым газом образуется карбонат

натрия, и выделяется кислород.

Аналогично при взаимодействии надоксида калия с углекислым газом образуется

карбонат калия и выделяется кислород.

Обратите внимание, что в случае реакции с пероксидом натрия на каждый

моль поглощенного углекислого газа выделяется лишь полмоля кислорода.

А в реакции с надоксидом калия на каждый моль поглощенного углекислого газа

выделяется полтора моля кислорода.

В идеале, конечно, нужно,

чтобы на каждый моль поглощенного CO2 выделялся один моль кислорода.

Кроме пероксидов, надпероксидов,

озонидов и оксидов существуют и другие бинарные соединения щелочных металлов с

кислородом — так называемые низшие оксиды щелочных металлов, или субоксиды.

Их составы, например, Rb6O, Rb9O2, Cs4O4.

Получить такие соединения можно в реакции щелочного

металла с дозируемым количеством кислорода.

Создается впечатление, что это как будто бы недоокисленный щелочной металл.

Другой способ получения субоксидов — это взаимодействие щелочного металла с

оксидом щелочного металла при нагревании.

Конечно же, свойства субоксидов очень напоминают свойства щелочных металлов.

Так, в реакции с водой образуется гидроксид щелочного металла,

и выделяется водород.

5.7. Щелочные металлы — самые активные!

Неорганическая химия

Meet the Instructors