Обнаружение щелочных металлов

Щелочные металлы можно обнаружить по окрашиванию пламени: натрий окрашивает пламя в желтый цвет, литий – карминово-красный, калий – в фиолетовый, рубидий и цезий – в розово-фиолетовый.

Физические свойства щелочных металлов

В свободном виде элементы первой группы главной подгруппы приставляют собой легкоплавкие металлы. Литий, натрий, калий, рубидий имеют серебристо-белую окраску, а цезий – золотисто-желтую. Щелочные металлы обладают высокой мягкостью и пластичностью. Наиболее твердым является литий (литий по мягкости приблизительно такой же как свинец), остальные щелочные металлы легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу.

	Li	K	Na	Rb	Cs
Твердость (алмаз 10)	0,6	0,4	0,4	0,3	0,2

В кристаллическом виде щелочные металлы имеют кристаллическую решетку с металлическим типом химической связи.

Щелочные металлы обладают металлическим блеском, высокой элетро- и теплопроводностью, низкими температурами плавления и кипения.

Самый легкий металл – литий, его плотность меньше плотности керосина.

В газообразном состоянии щелочные металлы существуют в виде атомов иди двухатомных молекул, доля двухатомных молекул уменьшается с ростом температуры.

Литий, натрий, калий хранят в лаборатории под слоем углеводородного растворителя, чаще всего керосина, для предотвращения реакции с кислородом и водяным паром. Но с ними можно работать, соблюдая меры предосторожности. Работа с рубидием и цезием требует инертной атмосферы.

Работа с щелочными металлами требует большой осторожности, потому что они легко загораются, бурно реагируют с водой и многими другими веществами. Остатки щелочным металлов после работы уничтожают, бросая их малыми порциями в этиловый спирт, при этом образуется алкоголят:

Химические свойства

Все металлы I группы главной подгруппы химически активны. Проявляют только восстановительные свойства. Все щелочные металлы легко окисляются кислородом, галогенами. Состав продуктов, образующихся при сгорании щелочных металлов на воздухе или в кислороде, зависит от природы металла. Литий образует оксид лития, натрий – пероксид, калий, рубидий, цезий – надпероксиды:

2. При нагревании щелочными металлы реагируют с водородом, серой и фосфором. А азотом реагирует только литий. Химическая реакция протекает медленно при комнатной температуре, ее проводят при температуре 350 ºС:

Сплавы щелочных металлов со ртутью называют амальгамами. Амальгама натрия – используется в качестве восстановителя при проведении синтезов в водном растворе, потому что она очень медленно и спокойно разлагается водой. Готовят ее добавляя мелко нарезанный натрий к сухой ртути и осторожно перетирая смесь в ступке.

3. все щелочные металлы взаимодействуют с водой. Например:

Экзотермическая реакция. Протекает очень быстро. Натрий часто воспламеняется, остальные щелочные металлы реагируют со взрывом.

Поведение щелочных металлов в водном растворе

	Li	K	Na	Rb	Cs
, В	–3,05	–2,71	–2,92	–2,93	–2,92

Самый активный металл – литий.

Электродный потенциал – термодинамическая величина, то , , так как V – const. Поэтому мы можем рассматривать .

Рассмотрим тепловой эффект процесса окисления металла, разбив данный процесс на несколько стадий:

1)

2)

3) Meⁿ⁺ + mH₂O  Meⁿ⁺  mH₂O + Q_{гидратации}

Складываем три процесса (закон Гесса).

Следовательно, способность металла окисляться в растворе определяется энергией ионизации, прочностью кристаллической решетки, способностью иона металла соединяться с молекулами воды.

Для атомов щелочных металлов характерны малые значения энергии ионизации их атомов. Энергия гидратации (гидратация, в отличии от ионизации протекает с выделением энергии) зависит от радиуса и заряда. Чем больше заряд катиона, тем выше энергия гидратации (ион соединяется с молекулами воды за счет электростатического взаимодействия). Чем больше радиус катиона, тем меньше энергия гидратации.

	Li	Na	K
	159	109	90
Еи	520	496	418
	520	423	339
	–159	–182	–169

Окисления требует затраты энергии, но наименьшая энергия у лития, а потом у калия. У лития идет выигрыш за счет высокой энергии гидратации.

С водой же быстрее реагирует калий, а медленнее – литий.

Относительно низкая активность лития по отношению к воде определяется, прежде всего, кинетическими, а не термодинамическими причинами. Литий наиболее твердый из щелочных металлов и имеет самую высокую температуру плавления, поэтому он медленнее дробится на капли и реагирует спокойнее других щелочных металлов.

4. Щелочные металлы могут восстанавливать другие металлы из их оксидов и галогенидов. Например:

5. Щелочные металлы активно реагируют с растворами кислот, но реакции протекают очень бурно. Например:

Литий отичается от отсальных щелочных металлов. По ряду свойств литий близок к магнию, чем к щелочным металлам. Например, подобно соответсвующим соединениям магния, малорастворимы в воде фторид лития LiF, карбонат лития Li₂CO₃, фосфат лития Li₃PO₄. Гидроксид лития растворим в меньшей степени, чем другие гидроксиды щелочных металлов. Как и магний литий взаимоедйствует с азотом, образуя нитрид лития Li₃N.

Кислородсодержащие соединения лития (гидроксид лития, нитрат лития, карбонат лития) при нагревании разлагаются с образованием оксида лития. Например:

4LiNO₃  2Li₂O + 4NO₂ + O₂