Застосування лужних металів та їх сполук
З лужних металів найширше застосування має натрій (він дешевший, ніж калій). Натрій використовують:
для добування пероксиду натрію;
в органічному синтезі;
в металургії як відновник при добуванні деяких рідкісних металів;
як теплоносій в ядерних реакторах і клапанах авіаційних двигунів (завдяки високій теплопровідності і малій густині).
Металічний калій також застосовують в металургії як відновник, як каталізатор при добуванні деяких синтетичних каучуків.
Літій застосовується в джерелах живлення (літієві батареї). Оскільки ізотоп літію 6Li добре поглинає нейтрони, тому 6Li є промисловою сировиною для виробництва тритію за ядерною реакцією:
Рубідій і цезій використовують у виробництві фотоелементів.
Пероксид натрію застосовують для виготовлення миючих засобів, запалів, для окиснювального сплавляння, вибілювання тканин, а також для регенерації повітря в закритих приміщеннях та протигазах за реакцією обміну вуглекислого газу на кисень:
2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2;
2K2O4 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2.
Як поглинач використовують еквімолярну суміш пероксиду натрію і надпероксиду калію. Якщо суміш не еквімолярна, то у разі надлишку пероксиду натрію поглинеться газу більше, ніж утвориться і тиск у замкнутому просторі впаде (при поглинанні двох об’ємів СО2 виділяється один об’єм кисню), а у разі надлишку надпероксиду калію газу виділиться більше, ніж поглинеться (при поглинанні двох об’ємів СО2 виділяється три об’єми кисню) і тиск у приміщенні зросте.
Важливе практичне значення мають гідроксиди натрію і калію (їдкий натр і ідке калі). Їх застосовують у миловарній промисловості, у виробництві фарб, для добування целюлози та штучних волокон, для очищення нафтопродуктів. Світове виробництво NaOH (каустична сода) досягає мільйонів тонн на рік.
Із солей лужних металів найбільше практичне значення мають карбонат натрію, або кальцинована сода Na2CO3, гідрогенкарбонат натрію, або питна сода NaHCO3 та кристалогідрат Na2CO3 10H2O. Кальцинована сода широко застосовується у миловарній, скляній, текстильній, паперовій, металургійній промисловості.
Велике значення має хлорид натрію, який є сировиною для добування інших сполук натрію, хлоридної кислоти, а також харчовим продуктом. Хлорид калію – цінне мінеральне добриво.
Берилій та лужноземельні метали: поширення у природі, добування. Фізичні властивості
З елементів головної підгрупи ІІ групи найпоширенішими в природі є магній та кальцій, їх вміст у земній корі відповідно становить 2,4 і 2,96%. Значно менш поширені інші елементи: Be – 6 10–4, Sr – 4 10–2, Ba – 5 10–2, Ra – 1 10–10 %. Радій в мізерних кількостях входить до складу уранових і торієвих руд.
У вільному стані метали головної підгрупи ІІ групи не трапляються. Берилій входить до складу мінералу берилу 3BeO Al2O3 6SiO2. Відомо кілька модифікацій берилу. Прозорі його зразки, забарвлені домішками у різні кольори, є коштовними каменями (аквамарини). Домішки Сr3+ забарвлюють берил у зелений колір, це смарагд – найдорожчий коштовний камінь. Також берилій входить до мінералів фенакіту Be2SiO4 та хризоберилу Be(AlO2)2. Прозорі кристали хризоберилу називаються олександритом. Берилій та його іони дуже отруйні, викликають важке захворювання легенів – бериліоз.
До найпоширеніших мінералів Стронцію і Барію належать целестин SrSO4, стронціаніт SrCO3, барит BaSO4, вітерит BaCO3.
Найбільше різноманітних мінералів утворює Магній: MgSO4 7H2O – гірка сіль (надає гіркого смаку морській воді); MgSO4 H2O – кізерит; KCl MgCl2 6H2O – карналіт; KCl MgSO4 6H2O – каїніт; MgCl2 6H2O – бішофіт; K2SO4 MgSO4 H2O – шеніт тощо. Досить поширеними мінералами є магнезит MgCO3, доломіт MgCO3 CaCO3, азбест CaO 3MgO 4SiO2 тощо.
Найпоширенішими природними сполуками Кальцію є мінерал кальцит CaCO3 (основа вапняку, крейди, мармуру) і його прозора різновидність – ісландський шпат. Разом з Магнієм Кальцій входить до складу доломіту й азбесту. Часто трапляються поклади мінералу гіпсу CaSO4 2H2O, фосфориту Ca3(PO4)2, флюориту CaF2, апатиту 3Ca3(PO4)2 CaF2 і нітрату кальцію – у вигляді кальцієвої або норвезької селітри Ca(NO3)2.
Магній і Кальцій – важливі елементи живої природи. Магній входить до складу хлорофілу (близько 2% Mg).
Кальцій – необхідний елемент для підтримування процесів життєдіяльності людини і тварин. Іони Кальцію беруть участь в обміні речовин. Кальцій входить до складу сполук, з яких побудована тверда основа всіх живих організмів. Добова потреба людини в Кальції становить близько 0,7 г.
Стронцій за властивостями дуже подібний до Кальцію, і, потрапляючи в організм, починає виконувати функції іонів Са2+. Особливо небезпечний радіоактивний Стронцій-90, який викликає руйнування кровотворних органів і появу злоякісних пухлин у кістках. Отруйними також є іони Барію.
Добування. Всі метали головної підгрупи ІІ групи добувають переважно електролізом їхніх розплавлених солей.
Металічний берилій добувають електролізом розплаву хлориду берилію в суміші з хлоридом натрію, добавка якого знижує температуру електролізу до 350 оС). Також металічний Ве можна добути за реакцією:
Mg + BeF2 = Be + MgF2 (1000 оС).
Магній добувають електролізом розплавів хлориду магнію або зневодненого карналіту (катод – сталь, анод – графіт). Магній можна отримати відновленням його з оксиду карбідом кальцію (при 1200 оC), аморфним вуглецем (при 2000 оC) або силіцієм (при 1200–1300 оC):
MgO + CaC2 = CaO + Mg + 2C;
MgO + C = Mg + CO;
2MgO + CaO + Si = CaSiO3 + 2Mg.
В останньому випадку для запобігання взаємодії магнію і SiO2, які утворюються в результаті реакції, для ведення процесу беруть не чистий MgO, а суміш MgO i CaO, отриману при випалюванні доломіту.
Електролізом розплаву CaCl2 в суміші з KCl або KF отримують металічний кальцій. Іншим методом добування кальцію є алюмінотермічний:
2Al + 6CaO = 3CaO Al2O3 + 3Ca.
Електролітичний метод добування барію складніший, ніж його аналогів. Металічний барій добувають відновленням його оксиду алюмінієм або силіцієм при 1200 оC:
3BaO + Si = BaSiO3 + 2Ba.
Алюмінотермічний метод застосовують також для отримання стронцію:
2Al + 4SrO = SrO Al2O3 + 3Sr.
Фізичні властивості. Всі метали головної підгрупи ІІ групи мають сріблястий блиск, проте на повітрі блискучими залишаються лише берилій і магній, а елементи підгрупи Кальцію (лужноземельні метали) швидко вкриваються плівкою оксидів і нітридів, яка не має захисних властивостей (на відміну від оксидної плівки на поверхні Be i Mg).
Температура плавлення і твердість металів цієї підгрупи значно вищі, ніж лужних металів. Берилій має таку ж твердість, як сталь, але він крихкий; барій за твердістю близький до свинцю, його можна різати ножем. Всі інші метали підгрупи досить м’які.