Лужні метали

1. Загальна характеристика лужних металів

В Періодичній системі вони йдуть відразу за інертними газами, тому особливість будови атомів лужних металів полягає в тому, що вони містять одинелектрон на зовнішньому енергетичному рівні: їх електронна конфігурація ns ^1. Очевидно, що валентні електрони лужних металів можуть бути легко видалені, тому що атому енергетично вигідно віддати електрон і придбати конфігурацію інертного газу. Тому для всіх лужних металів характерні відновнівластивості. Це підтверджують низькі значення їх потенціалів іонізації ( потенціал іонізації атома цезію - один з найнижчих) і електронегативності (ЕО).
Деякі властивості лужних металів

Атомний номер	Назва, символ	Металевий радіус, нм	Іонний радіус, нм	Потенціал іонізації, еВ	ЕО	p, г / см	t пл, C	t кип, C
3	Літій Li	0,152	0,078	5,32	0,98	0,53	181	1347
11	Натрій Na	0,190	0,098	5,14	0,93	0,97	98	883
19	Калій K	0,227	0,133	4,34	0,82	0,86	64	774
37	Рубідій Rb	0,248	0,149	4,18	0,82	1,53	39	688
55	Цезій Cs	0,265	0,165	3,89	0,79	1,87	28	678

Всі метали цієї підгрупи мають сріблясто-білий колір (крім сріблясто-жовтого цезію), вони дуже м'які, їх можна різати скальпелем. Літій, натрій і калійлегше води і плавають на її поверхні, реагуючи з нею.
Лужні метали зустрічаються в природі у формі сполук, що містять однозарядні катіони. Багато мінерали містять у своєму складі метали головної підгрупи I групи. Наприклад, ортоклаз, або польовий шпат, складається з алюмосилікат калію K ₂ [Al ₂ Si ₆ O _16], аналогічний мінерал, що містить натрій - альбіт- має склад Na ₂ [Al ₂ Si ₆ O _16]. У морській воді міститься хлорид натрію NaCl, а в грунті - солі калію - сильвін KCl, сильвініт NaCl KCl, карналіт KCl MgCl ₂ 6H ₂ O, полігаліт K ₂ SO ₄ MgSO ₄ CaSO ₄ 2H ₂ O.

2. Хімічні властивості лужних металів

Через високу хімічної активності лужних металів по відношенню до воді, кисню, і іноді навіть і азоту ( Li, Cs) їх зберігають під шаром гасу. Щоб провести реакцію з лужним металом, шматочок потрібного розміру акуратно відрізають скальпелем під шаром гасу, в атмосфері аргону ретельно очищають поверхню металу від продуктів його взаємодії з повітрям і тільки потім поміщають зразок до реакційної посудини.
1. Взаємодія з водою. Важлива властивість лужних металів - їх висока активність по відношенню до воді. Найбільш спокійно (без вибуху) реагує з водоюлітій :

При проведенні аналогічної реакції натрій горить жовтим полум'ям і відбувається невеликий вибух. Калій ще більш активний: в цьому випадкувибух набагато сильніше, а полум'я забарвлене у фіолетовий колір.

2. Взаємодія з киснем. Продукти горіння лужних металів на повітрі мають різний склад залежно від активності металу.

• Тільки літій згорає на повітрі з утворенням оксиду стехіометричного складу:

• При горінні натрію в основному утворюється пероксид Na ₂ O ₂ з невеликою домішкою надпероксід NaO ₂ :

• У продуктах горіння калію, рубідію і цезію містяться в основному надпероксід :

Для отримання оксидів натрію і калію нагрівають суміші гідроксиду, пероксиду або надпероксід з надлишком металу в відсутність кисню :

Для кисневих сполук лужних металів характерна наступна закономірність: у міру збільшення радіуса катіона лужного металу зростає стійкість кисневих сполук, що містять пероксид-іон _О2 ^{2 -} і надпероксід-іон O ₂ ^-.
Для важких лужних металів характерне утворення досить стійких озоніди складу ЕО _3. Усі кисневі сполуки мають різну забарвлення, інтенсивність якого поглиблюється в ряді від Li до Cs :

Формула кисневого з'єднання	Колір
Li 2 O	Білий
Na 2 O	Білий
K 2 O	Жовтуватий
Rb 2 O	Жовтий
Cs 2 O	Помаранчевий
Na 2 O 2	Світло- жовтий
KO 2	Помаранчевий
RbO 2	Темно- коричневий
CsO 2	Жовтий

Оксиди лужних металів володіють всіма властивостями, властивими основним оксидам : вони реагують з водою, кислотними оксидами і кислотами :



Пероксиди і надпероксід проявляють властивості сильних окислювачів :

Пероксиди і надпероксід інтенсивно взаємодіють з водою, утворюючи гідроксіди :


3. Взаємодія з іншими речовинами. Лужні метали реагують з багатьма неметалами. При нагріванні вони з'єднуються з воднем з утворенням гідридів, згалогенами, сірої, азотом, фосфором, вуглецем і кремнієм з утворенням, відповідно, галогенідів, сульфідів, нітридів, фосфідів, карбідів і силіцидів :





При нагріванні лужні метали здатні реагувати з іншими металами, утворюючи інтерметаліди. Активно (зі вибухом) реагують лужні метали зкислотами.
Лужні метали розчиняються в рідкому аміаку і його похідних - аміну і аміду :

При розчиненні в рідкому аміаку лужної метал втрачає електрон, який сольватіруется молекулами аміаку і надає розчину блакитний колір. Утвореніаміди легко розкладаються водою з утворенням луги і аміаку :

Лужні метали взаємодіють з органічними речовинами спиртами (з утворенням алкоголятов) і карбоновими кислотами (з утворенням солей):


4. Якісне визначення лужних металів. Оскільки потенціали іонізації лужних металів невеликі, то при нагріванні металу або його сполук у полум'ї атоміонізується, забарвлюючи полум'я в певний колір:
Забарвлення полум'я лужними металами 
та їх сполуками

Лужний метал	Колір полум'я
Li	Кармінно-червоний
Na	Жовтий
K	Фіолетовий
Rb	Бурокрасний
Cs	Фіолетово-червоний

3. Отримання лужних металів

1. Для отримання лужних металів використовують в основному електроліз розплавів їх галогенідів, найчастіше - хлоридів, що утворюють природнімінерали :

катод : Li ⁺ + e → Li
анод : 2Cl ^{- -} ​​2 e → Cl ₂
2. Іноді для отримання лужних металів проводять електроліз розплавів їх гідроксидів :

катод : Na ⁺ + e → Na
анод : 4OH ^{- -} 4 e → 2H ₂ O + O ₂
3. Лужний метал може бути відновлений з відповідного хлориду або броміду кальцієм, магнієм, кремнієм та ін восстановителями при нагріванні під вакуумом до 600-900 C:

Щоб реакція пішла в потрібну сторону, що утворюється вільний лужної метал (M) повинен видалятися шляхом відгону. Аналогічно можливе відновлення цирконієм з хромату. Відомий спосіб отримання натрію відновленням з карбонату вугіллям при 1000 C у присутності вапняку.
Оскільки лужні метали в електрохімічному ряду напружень лівіше знаходяться водню, то електролітичне отримання їх з розчинів солей неможливо; в цьому випадку утворюються відповідні луги і водень.

4. Фотографії

• 

  Літій
• 

  Натрій
• 

  Калій
• 

  Рубідій
• 

  Цезій