Завдання для самоперевірки

1. Напишіть рівняння реакцій, які проходять в гальванічному елементі, який складається з електродів 1MCuSO₄|Cu та 1MAgNO₃|Ag.

2. Які процеси проходять при роботі свинцевого акумулятора? Чому в холодну погоду легше замерзає рідина розрядженого акумулятора, ніж у зарядженому?

Заняття № 20

Тема: Лужні метали, лужноземельні метали, алюміній. (2 год.)

План.

1. Лужниі метали.

2. Лужноземельні метали.

3. Алюміній.

Лужні метали

Головну підгрупу І групи Періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва складають літій Li, натрій Na, калій K, рубідій Rb, цезій Cs та францій Fr.

Атоми цих елементів мають на зовнішньому енергетичному шарі по одному s-електрону: ns¹. В хімічних реакціях атоми елементів підгрупи легко віддають цей електрон зовнішнього енергетичного рівня і утворюють сполуки, в яких ступінь окиснення елемента дорівнює +1. Усі елементи цієї підгрупи відносяться до металів.

Загальна характеристика елементів головної підгрупи ІІ групи приведена в таблиці нижче.

	Li	Na	K	Rb	Cs	Fr
Порядковий номер Відносна атомна маса Електрони зовнішнього енергетичного рівня Характерні ступені окиснення	3 6,941 2s1 +1	11 22,98677 3s1 +1	19 39,098 4s1 +1	37 85,4678 5s1 +1	55 132,9054 6s1 +1	87 223 7s1 +1

Розповсюдженість у природі. Натрій та калій належать до розповсюджених елементів: 2,64 та 2,6 % відповідно. У вільному вигляді лужні метали в природі не зустрічаються. Природні мінерали: NaCl – кам'яна сіль, NaClхKCl – сильвініт, KClхMgCl₂х6Н₂О – карналіт. Природний натрій складається з одного ізотопа ²³Na, калій – з двох стабільних ізотопів: ³⁹К (93,08 %), ⁴¹К (6,91 %) та одного радіоактивного ⁴⁰К (0,01%).

Добування. Натрій добувають електролізом розплавленого хлориду натрію або гідроксиду натрію. Наприклад, електроліз розплаву хлориду натрію:

NaCl ↔ Na⁺ + Cl^-

(Kатод): Na⁺ + 1e = Na⁰

(Aнод): 2Cl^- -2e = Cl₂⁰

2NaCl → Na⁰ + Cl₂⁰;

та електроліз розплаву гідроксиду натрію:

NaOH ↔ Na⁺ + OH^-

(Kатод): Na⁺ + 1e = Na⁰

(Aнод): 2OH^- -4e = 2H₂O⁰ + O₂⁰

4NaOH → 4Na⁰ + 2H₂O⁰ + O₂⁰.

Калій в промисловості добувають:

КСl + Na ↔ NaCl + K; KOH + Na ↔ NaOH + K

Цими способами добувають сплав калію з натрієм, який застосовують як рідкий металічний теплоносій в атомних реакторах. Сплав натрію з калієм використовують також як відновник в виробництві титану.

Фізичні властивості. Натрій і калій дуже м'які метали (ріжуться ножем), легкі (густина натрію 0,97 г/см³, калію 0,86 г/см³), легкоплавкі метали (температура плавлення натрію 97,9⁰С, калію 63,5⁰С).

Хімічні властивості. Лужні метали є сильними відновниками. На повітрі натрій та калій швидко окислюються, тому їх зберігають під шаром гасу. При взаємодії з киснем можливе утворення ряду бінарних сполук:

4Na + O₂ = 2Na₂O (натрій оксид);

2Na + O₂ = Na₂O₂ (натрій пероксид) використовують на підводних човнах –

2Na₂O₂ + 2СО₂ = 2Na₂CO₃ + O₂;

а калій може утворювати над пероксид: К + O₂ = КO₂ (калій надпероксид).

Лужні метали легко взаємодіють з багатьма неметалами – воднем, галогенами, сіркою, фосфором тощо.

2Na + Н₂ = 2NaН (натрій гідрид), розкладається водою NaН + Н₂О = NаОН + Н₂.

2К + Сl₂ = 2КСl (калій хлорид);

2Na + Br₂ (р.) = 2NaBr (натрій бромід) реакція відбувається з вибухом;

2Na + S = Na₂S (натрій сульфід);

3Na + P = Na₃P (натрій фосфід);

з водою: 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂.

З кислотами взаємодіють з вибухом.

Відновлюють метали та неметали з їх оксидів та хлоридів:

Al₂O₃ + 6Na = 3Na₂O + 2Al; SiO₂ + 4K = Si + 2K₂O; TiCl₄ +4Na = Ti + 4NaCl.

Якісні реакції на іони лужних металів:

Іони натрію забарвлюють полум'я в жовтий колір, іони калію – в фіолетовий.

Натрій гідроксид та калій гідроксид. Натрій гідроксид NaOH та калій гідроксид КОН білі, непрозорі, тверді кристалічні речовини, є лугами (розчинними основами) і створюють лужне середовище для багатьох хімічних процесів. Виявляють всі властивості основ:

NaOH + CO₂ = NaHCO₃;

або при надлишку лугу: 2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O.

Натрій гідроксид застосовують для очищення нафтопродуктів, для виготовлення мила, в текстильній промисловості тощо, калій гідроксид – при виробництві барвників, при добуванні целюлози тощо. Добувають їх електролізом водних розчинів хлоридів та в подальшому випаровуванням води:

NaCl ↔ Na⁺ + Cl^-; Н₂О.

(Kатод): Н₂О⁰ + 2e = 2ОН^- + Н₂⁰

(Aнод): 2Cl^- -2e = Cl₂⁰

2NaCl + 2Н₂О → 2NаОН + Н₂⁰ + Cl₂⁰.