2. Щелочные металлы

К элементам 1 группы относятся литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Групповое название элементов – щелочные металлы – связано с тем, что их гидроксиды являются едкими щелочами. Франций – радиоактивный и малодоступный для изучения элемент, период его полураспада составляет всего 22 минуты.

2.1. Историческая справка

Самый легкий металл литий был открыт шведским химиком Иоганном Августом Арфведсоном в 1817 г. в минерале петалит LiAl[Si₄O₁₀]. Берцелиус предложил назвать элемент «литион», поскольку это первый щелочной металл, обнаруженный в минерале. Название происходит от греческого «литос» – камень.

Соединения натрия известны человеку с древнейших времен. Хлорид натрия – соль – в качестве пищевой добавки используется очень давно. Древние греки знали пищевую соду, а алхимики – гидроксид натрия. Простое вещество натрий было открыто в 1807 г. английским ученым Гемфри Дэви. Дэви получил металл электролизом твердого гидроксида натрия и первым изучил его свойства. Название элемента происходит от греческого «нитрон» – сода, хотя Дэви предложил название «содиум» (едкий натр также называют каустической содой).

Калий был получен Гемфри Дэви немного раньше натрия, в 1807 г., электролизом твердого гидроксида калия. Название элемента происходит от арабского «алкали» – щелочь; название, предложенное Дэви – потассиум (англичане называют едкое кали едким поташем), сохранилось в Англии.

Рубидий был открыт немецкими учеными Робертом Вильгельмом Бунзеном и Густавом Робертом Кирхгофом в 1861 г. Элемент был обнаружен методом спектрального анализа в образце минерала липедолита по темно-красной линии в спектре. Бунзен впервые получил металлический рубидий. Название происходит от латинского «рубидус» – темно-красный.

Цезий был обнаружен по двум ярким линиям в синей части спектра немецкими учеными Робертом Вильгельмом Бунзеном и Густавом Робертом Кирхгофом в 1860 г. Название происходит от латинского «цезиус» – небесно-голубой.

Возможность существования элемента № 87 была предсказана Д.И. Менделеевым. Радиоактивный элемент франций был открыт в 1939 г. французским ученым Маргаритой Пере. Назван элемент в честь Франции.

2.2. Место щелочных металлов в Периодической системе химических элементов

Щелочные металлы расположены в 1 группе Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Щелочные металлы относятся к s-элементам. На внешнем энергетическом уровне атомы щелочных металлов имеют 1 электрон, их электронная конфигурация ns¹. Они легко отдают один электрон, проявляя степень окисления +1. Радиусы атомов возрастают при переходе от лития к францию, значения потенциала ионизации и относительной электроотрицательности уменьшаются. Все щелочные металлы в электрохимическом ряду напряжений располагаются в начале ряда и являются сильными восстановителями, эта способность возрастает с увеличением заряда ядра атома.

2.3. Распространенность в природе

В свободном состоянии щелочные металлы в природе не встречаются, наиболее распространенными являются натрий и калий.

С одержание натрия в земной коре 2,27 мас. %, калия – 1,84 мас. %. Натрий входит в состав поваренной (каменной) соли NaCl, мирабилита (глауберовой соли) Na₂SO₄ · 10H₂O, сильвинита NaCl · KCl, содержится в морской воде.

Основными минералами калия являются: сильвин KCl, сильвинит NaCl · KCl, карналлит KCl · MgCl₂ · 6H₂O, ортоклаз (калиевый полевой шпат) K[AlSi₃O₈], входит в состав морской воды и растений.

Литий, рубидий и цезий относятся к числу редких и рассеянных элементов. Содержание лития в земной коре составляет 6,5·10^-3 мас. %, рубидия – 1,5·10^-2 мас. %, цезия – 3,7·10^-4 мас. %. Литий образует собственные минералы – сподумен LiAlSi₂O₆, амблигонит LiAl(PO₄)(OH, F), входит в состав различных силикатов и алюмосиликатов. Цезий входит в состав редких минералов поллуцита 4Cs₂O · 4Al₂O₃ · 18SiO₂ · 2H₂O и авогадрита (K, Cs)[BF₄], содержится в минералах калия. Рубидий собственных минералов не образует, в качестве примеси содержится в минералах калия – сильвините и карналлите.