книги / Неорганическая химия

и их растворы имеют щелочную реакцию. Летучие соединения нат­ рия окрашивают пламя в ярко-желтый цвет.

Из солей натрия особенно широко используются в технике и

кислая сода), глауберова соль Ыа2$04. 10Н2О и некоторые другие. В районах с сухим климатом, где выпадает недостаточное коли­ чество осадков, соли натрия — сода Ыа2С03, сульфат натрия Иа^С^, хлорид натрия ЫаС1 накапливаются в верхних горизонтах почв, засоляют почвы, превращая их в солонцы, солончаки и другие поч­ венные разности. В таких почвах от присутствия соды создается вы­ сокая щелочная реакция. Это затрудняет возделывание сельско­ хозяйственных культур, требует проведения необходимых мероприя­

тий по рассолению почв и их нейтрализации.

Повышенная концентрация солей натрия в почвах создает в них высокое осмотическое давление и так называемую физиологическую сухость, что неблагоприятно сказывается на росте и развитии сель­ скохозяйственных растений, вызывает их увядание, приводит к выгоранию растений (нарушается правильное поступление воды в корневую систему).

2. КАЛИЙ И ЕГО ВАЖНЕЙШИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Калий К в свободном состоянии — металл серебристо-белого цвета, но более мягкий и более легкоплавкий, чем натрий. В хи­ мическом отношении калий активнее натрия. В соприкосновении с воздухом он покрывается рыхлой пленкой продуктов окисления. С кислородом калий образует перекись К20 4 и окись К20. Окись К20 получается только косвенным путем.

С водой калий реагирует более энергично, чем натрий, с вос­ пламенением выделяющегося водорода:

2К + 2НаО = 2К О Н +Н 2 + 96,2 ккал.

Окислы калия также бурно реагируют с водой по уравнению:

КаО-{- Н20 = 2КОН;

2К Д + 2НаО = 4КОН + 302.

Перекись калия, как и перекись натрия — сильный окислитель. Калий, подобно натрию, непосредственно соединяется с гало­ генами, серой, фосфором, селеном и другими элементами, образуя

соли соответствующих кислот.

Сметаллами калий, как и натрий, образует многочисленные интерметаллические соединения.

Сводородом калий соединяется при температуре 350°С с обра­ зованием гидрида калия КН — соединения еще более непрочного, чем ЫаН, легко разлагающегося в воде по уравнению:

к н + н 2о = ко н + н 2.

Едкое кали КОН — щелочь более сильная, чем ЫаОН. Полу­ чают электролизом водного раствора КС1:

2КС1+ 2Н20 = 2КОН + Н2+ С12.

Это — белое твердое вещество, обладающее большой гигроско­ пичностью. Как и едкий натр, КОН действует разрушающим об­ разом на животные и растительные ткани, разъедает стекло, фар­ фор, особенно при нагревании.

В лабораторной практике и в промышленности КОН применя­ ют, как сильную щёлочь, однако использование ее ограничено вслед­ ствие замены более дешевым ЫаОН. Используется для получения поташа К2С0 3, бертоллетовой соли КСЮ3, зеленого мыла, для ана­ литических и других целей.

Соли калия, так же как и соли натрия, многочисленны и почти все за исключением К-ДСо^О^], Ка [Р1С1в ], КНС4Н4Ов, КСЮ4 и некоторых других, хорошо растворимы в воде, как правило, не содержат кристаллизационной воды. Летучие соединения калия окрашивают пламя в фиолетовый цвет.

Из солей калия наиболее известны и имеют наибольшее приме­ нение следующие.

Х л о р и с т ы й к а л и й КС1 — белое кристаллическое ве­ щество, легко растворяющееся в воде. Входит в состав многих ми­ нералов (сильвина, сильвинита и др.). В сельском хозяйстве исполь­ зуется как наиболее концентрированное калийное удобрение.

кристаллическое вещество, получение которого основано на обмен­ ной реакции между нитратом натрия ЫаМ03и хлоридом калия КС1 в водном растворе:

ЫаШ3 + КС1 = К Ш а + ЫаС1.

Разделение этих солей основано на их различной растворимости при разных температурах.

КИОд используется для получения черного охотничьего поро­ ха, изготовления тугоплавкого стекла, как консервирующее сред­ ство для пищевых продуктов, а также как сложное удобрение в сель­

римый в воде с образованием раствора со щелочной реакцией. В технике эту соль получают, главным образом, из природных

соединений калия, а также из золы растений (например, подсолнеч­ ника, содержащего до 50% углекислого калия и др.).

Применяют эту соль для изготовления жидкого зеленого мыла, получения хрусталя и тугоплавкого стекла, в фотографии, в кра­

сильном производстве, а в сельском хозяйстве как калийное удоб­

щество, получаемое из природных калийных солей. Применяется, главным образом, как калийное удобрение.

Калий, наравне с фосфором и азотом, является одним из необ­ ходимейших элементов питания растений. Он участвует в обмене веществ в растениях, необходим для фотосинтеза (рис. 98).

Рис. 98. Влияние калия на развитие сельскохозяйственных растений. Кусты картофеля, выросшие в почве, удобренной фосфором и азотом (1); калием, фосфором и азотом (2)

*

При недостатке или избытке калия интенсивноть фотосинтеза в растениях снижается, интенсивность дыхания повышается. При недостатке калия понижается содержание крахмала и сахаров в зерне, корнеплодах, листья бледнеют и отмирают, семена теряют всхожесть. Многие растения при недостаточном питании калием легко поражаются грибковыми, бактериальными болезнями и т. д.

В почвах калий находится в различных формах: в форме вод­ норастворимых солей, в форме так называемого обменного калия, который может вытесняться из поглощенного состояния; в форме необменного калия (в некоторых силикатах, алюмосиликатах и др.).

Воднорастворимых соединений калия в почвах обычно очень мало; количество обменного калия, доступного для растений, в некоторых почвах весьма ограничено. Между тем потребность сель­ скохозяйственных культур в калийном питании очень большая (осо­ бенно у сахарной свеклы, картофеля). Подсчитано, например, что каждый год за один урожай во всем мире из почвы извлекается свы­ ше 30 млн. тонн калия (в пересчете на КаО).

Отсюда понятно то большое внимание, какое уделяется в нашей стране развитию калийной промышленности для возможно полного обеспечения сельского хозяйства калийными удобрениями.

3. ЛИТИЙ, РУБИДИЙ, ЦЕЗИЙ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

Литий Ы в свободном виде — серебристо-белый мягкий металл, но более твердый, чем натрий и калий. По сравнению с остальными щелочными металлами литий имеет наибольший ионизационный потенциал и наименьший радиус атома. Поэтому химическая ак­ тивность лития меньше, чем у остальных щелочных металлов. На воздухе он быстро тускнеет с образованием темно-серого налета оки­ си и 20 и нитрида ЫдЫ. Воспламеняется литий при температуре выше 200°, причем пламя его карминно-красного цвета. При горе­ нии лития в токе кислорода, наряду с Ы20 , образуется небольшое количество перекиси 1л20 2.

Аналогично калию и натрию, литий разлагает воду с образова­

Способность лития образовывать относительно прочные соеди­ нения с 0 2, N3, Н2,С, Р, 5, обусловили применение его в металлургии для перевода этих элементов в шлак с целью очистки металлов.

Гидроокись лития ЫОН — щелочь более слабая и менее раст­ воримая в воде, чем КОН и ЫаОН. Обычно получают ее действием Ва (ОН)2на раствор сульфата лития и 2504 по уравнению:

и 2$04 + Ва (ОН)2= Ва$04+ 2ЫОН.

ЫОН — необходимый компонент щелочных аккумуляторов: она повышает их емкость и в несколько раз увеличивает срок их служ­ бы.

Гидроокись лития используют в производстве стеарата лития — необходимого компонента искусственных смазочных материалов, которые могут использоваться в очень широком интервале темпе­

ратур — от 60°С холода до 120°С тепла. Они одинаково пригодны как в арктических, так и в тропических условиях и особенно важ­ ны для высотной авиации.

Литий обладает свойством легко сплавляться со многими ме­ таллами, повышая прочность и вязкость сплавов. Например, при­ садка лишь сотых долей процента лития к алюминию и его сплавам увеличивает их твердость; присадка 0,4% 1Л к свинцу почти в три раза повышает его твердость, не ухудшая сопротивления на изгиб.

Широкое применение в технике лития, его сплавов и других его соединений вызвало создание самостоятельной литиевой про­ мышленности.

Рубидий и цезий ЭДэ, Сз в свободном состоянии — металлы се­ ребристо-белого цвета, более мягкие, чем калий и натрий, с низкой

В фотоэлементе (рис. 99) на дне сосуда А с выкачанным возду­ хом нанесено зеркало из тонкого слоя Б щелочного металла (глав­ ным образом цезия — наиболее чувствительного к свету), соединен­ ное с внешней цепью. Над зеркалом внутри сосуда расположено кольцо В из платиновой проволоки, также соединенное с внешней цепью. При отсутствии освещения цепь между Б и В разомкнута,

и тока в ней нет. При освещении поверхности щелочного металла

снее срываются электроны, попадают на кольцо В, в цепи возни­ кает постоянный ток.

Фотоэлементы широко используют при передаче изображения на расстояния, в различных сигнализационных установках, в зву­ ковом кино.

своих соединений и т. д. Металлические свойства металлов этой подгруппы слегка убы­

вают от меди к золоту: медь образует окислы, гидроокиси только основного характера, а гидрат окиси золота — амфотерное соеди­ нение с более выраженной кислотной функцией.

В побочных подгруппах, в отличие от главных подгрупп, не всегда оправдывается правило, что с увеличением атомного'“веса или порядкового номера усиливаются металлические свойства.

1. МЕДЬ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЯ

Медь Си относится к числу элементов, известных человеку с глу­ бокой древности. В земной коре ее содержится •—-0,01 % (вес.). Встре­ чается на Земле как в виде различных рудных образований, так и (сравнительно редко) в виде самородного металла.

медной соли Си2(ОН)2 •С03. Зеленые налеты на медных предме­ тах домашнего обихода, на бронзовых памятниках и др. — след­ ствие атмосферной коррозии меди, образования основного карбо­ ната.

При нагревании на воздухе медь окисляется, превращаясь сна­ чала в красную закись меди Си20, которая в дальнейшем при более высокой температуре переходит в черную окись СиО. Окисная плен­ ка, покрывающая медь, не предохраняет ее от дальнейшего окис­ ления.

Медь непосредственно соединяется с галогенами, серой, селе­ ном и др. С водородом, азотом, углеродом медь не реагирует даже при высокой температуре. Разбавленные кислоты. НС1, НзЗО^ НС2Н30 2 на медь не действуют, так как по своему положению в ря­ ду напряжений металлов медь при обычных условиях водорода из кислот не вытесняет. Кислоты НЖ)3, концентрированная горя­ чая Н2504 реагируют с медью как окислители:

рита. Искусственно она может быть получена нагреванием раст­ вора соли двухвалентной меди с ИаОН и восстановителем (виноград­ ным сахаром, формалином и др.). В воде Си20 нерастворима, в НС1 растворяется с образованием соли одновалентной меди.

Окись меди СиО — соединение черного цвета, в природе встре­ чается в виде минерала тенорита СиО, образуется при нагревании меди на воздухе до 300°С и выше. Этот окисел в воде не растворим, в кислотах легко растворяется с образованием соответствующих солей. При высоких температурах (480— 800°С) СиО восстанавли­ вается до закиси Си20 с выделением части кислорода по уравне­ нию:

4СиО = 2Си20 -- 0 2.

Следовательно, при высоких температурах СиО проявляет окисли­ тельные свойства, окисляя, например, углерод в С02, водород в Н20. Это свойство окиси меди используют при анализе органичес­ ких соединений, при определении водорода, углерода, азота и др.- Окиси меди соответствует гидроокись Си(ОН)а, которая полу-

чается в виде голубого осадка при действии избытка раствора ще­ лочи на раствор соли меди:

Си$04 + 2ЫаОН = Си(ОН)а + Ыа2304.

Си(ОН)2 в воде не растворима, при нагревании даже в воде лег­ ко превращается в окись меди:

Си(0Н)2 = Си0 + Н20.

Си(ОН)2 обладает основными свойствами,' в кислотах растворя­ ется с образованием солей двухвалентной меди. Эти соли в разбав­ ленных растворах имеют сине-голубую окраску, обусловленную окраской сильногидратированного иона меди [Си(Н^Э)4]’\ В твердом виде соли меди имеют различную окраску.

Соли меди. Из многочисленных солей двухвалентной меди на­ иболее известны следующие.

М е д н ы й к у п о р о с (сульфат меди) Си$04 •5Н20. Полу­ чается при взаимодействии концентрированной горячей с различными медными отходами. Из водного раствора эта соль кри­ сталлизуется в виде лазурно-голубых кристаллов. В безводном со­ стоянии Си504 представляет собой порошок белого или светло-се­ роватого цвета, который при поглощении воды синеет. Это свойство иногда используют для обнаружения следов влаги в различных органических жидкостях илидля обезвоживания (например, спирта).

Медный купорос обычно служит исходным продуктом для полу­ чения остальных соединений меди.

Смесь раствора Си$04 •5НаО с известковым молоком Са(ОН)2 носит название бордосской жидкости. Это один из ценных фунгисидов — средств борьбы с болезнями сельскохозяйственных куль­

порошок светло-зеленого цвета. Встречается в природе в виде ми­ нералов: малахита, имеющего красивый изумрудно-зеленый цвет,

илазурита 2СиС03 Си(ОН)2.

Получается эта соль действием соды на растворы солей двух­

валентной меди по уравнению:

2Си304 + 2Ыа2С03 + НаО = Си2 (0Н)2С03 + 2Ыа2504 + С02.

Эта соль в воде не растворима. Ее используют для получения хлор­

синего цвета, на воздухе сильно гигроскопичная и расплывающаяся. При высоких температурах получается более устойчивый синий

изумрудно-зеленого цвета, легкорастворимая в воде. Очень концент­ рированные растворы этой соли зеленого цвета, разбавленные имеют сине-голубую окраску.