Щелочные металлы

К щелочным металлам относят химические элементы: одновалентные металлы, составляющие Ia группу: литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций.

Эти металлы очень активны, быстро окисляются на воздухе и бурно реагируют с водой. Их хранят под слоем керосина из-за их сильной реакционной способности.

Натрий под слоем керосина
Общая характеристика

От Li к Fr (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, реакционной способности. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Щелочные металлы

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns1:

  • Li - 2s1
  • Na - 3s1
  • K - 4s1
  • Rb - 5s1
  • Cs - 6s1
  • Fr - 7s1

Природные соединения

В природе щелочные металлы встречаются в виде следующих соединений:

  • NaCl - галит (каменная соль)
  • KCl - сильвит
  • NaCl*KCl - сильвинит

Галит и сильвит
Получение

Получить такие активные металлы электролизом водного раствора - невозможно. Для их получения применяют электролиз расплавов при высоких температурах (естественно - безводных):

NaCl → Na + Cl2↑ (электролиз расплава каменной соли)

Химические свойства
  • Реакция с кислородом
  • Одной из особенностей щелочных металлов является их реакция с кислородом. Литий в такой реакции преимущественно образует оксид, натрий - пероксид, калий, рубидий и цезий - супероксиды.

    Li + O2 → Li2O (оксид лития)

    Na + O2 → Na2O2 (пероксид натрия)

    K + O2 → KO2 (супероксид калия)

  • Реакции с неметаллами
  • Помните, что металлы никогда не принимают отрицательных степеней окисления. Щелочные металлы одновалентны, и проявляют постоянную степень окисления +1 в различных соединениях: гидриды, галогениды (фториды, хлориды, бромиды и йодиды), нитриды, сульфиды и т.д.

    Li + H2 → LiH (в гидридах водород -1)

    Na + F2 → NaF (в фторидах фтор -1)

    Na + S → Na2S (в сульфидах сера -2)

    K + N2 → K3N (в нитридах азот -3)

  • Реакция с водой
  • Щелочные металлы бурно взаимодействуют с водой, при этом часто происходит воспламенение, а иногда - взрыв.

    Na + H2O → NaOH + H2↑ (воду можно представить в виде HOH - натрий вытесняет водород)

  • Окрашивание пламени
  • Иногда в задачах может проскользнуть фраза такого плана: "... в ходе реакции выделился металл, окрашивающий пламя горелки в желтый цвет". Тут вы сразу должны догадаться: речь, скорее всего, про натрий.

    Щелочные металлы по-разному окрашивают пламя. Литий окрашивает в алый цвет, натрий - в желтый, калий - в фиолетовый, рубидий - синевато-красный, цезий - синий.

    Окраска пламени щелочными металлами
Оксиды щелочных металлов

Имеют общую формулу R2O, например: Na2O, K2O.

Получение

Получение оксидов щелочных металлов возможно в ходе реакции с кислородом. Для лития все совсем несложно:

Li + O2 → Li2O (оксид лития)

В подобных реакциях у натрия и калия получается соответственно пероксид и супероксид, что приводит к затруднениям. Как из пероксида, так и из супероксида, при желании можно получить оксид:

Na2O2 + Na → Na2O

KO2 + K → K2O

Химические свойства

По свойствам эти оксиды являются основными. Они хорошо реагируют c водой, кислотными оксидами и кислотами:

Li2O + H2O → LiOH (осн. оксид + вода = основание - реакция идет, только если основание растворимо)

K2O + CO2 → K2CO3 (осн. оксид + кисл. оксид = соль)

Na2O + SO2 → Na2SO3 (обратите внимание - мы сохраняем СО серы +4)

Li2O + HCl → LiCl + H2O

Гидроксиды щелочных металлов

Относятся к щелочам - растворимым основаниям. Наиболее известные представители: NaOH - едкий натр, KOH - едкое кали.

Получение

Гидроксиды щелочных металлов получаются в ходе электролиза водных растворов их солей, в реакциях обмена, в реакции щелочных металлов и их оксидов с водой:

KCl + H2O → (электролиз!) KOH + H2 + Cl2 (на катоде выделяется водород, на аноде - хлор)

Li2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + LiOH

K + H2O → KOH + H2

Rb2O + H2O → RbOH

Калий с водой
Химические свойства

Проявляют основные свойства. Хорошо реагируют с кислотами, кислотными оксидами и солями, если в ходе реакции выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (вода).

LiOH + H2SO4 → LiHSO4 + H2O (соотношение 1:1, кислота в избытке - получается кислая соль)

2LiOH + H2SO4 → Li2SO4 + 2H2O (соотношение 2:1, основание в избытке - получается средняя соль)

KOH + SO2 → KHSO3 (соотношение 1:1 - получается кислая соль)

2KOH + SO2 → K2SO3 + H2O (соотношение 2:1 - получается средняя соль)

NaOH + MgBr2 → NaBr + Mg(OH)2

С амфотерными гидроксидами реакции протекают с образованием комплексных солей (в водном растворе) или с образованием оксиелов - смешанных оксидов (при высоких температурах - прокаливании).

NaOH + Al(OH)3 → Na[Al(OH)4] (в водном растворе образуются комплексные соли)

NaOH + Al(OH)3 → NaAlO2 + H2O (при прокаливании образуется оксиел - смесь двух оксидов: Al2O3 и Na2O, вода испаряется)

Реакции щелочей с галогенами заслуживают особого внимания. Без нагревания они идут по одной схеме, а при нагревании эта схема меняется:

NaOH + Cl2 → NaClO + NaCl + H2O (без нагревания хлор переходит в СО +1 и -1)

NaOH + Cl2 → NaClO3 + NaCl + H2O (с нагреванием хлор переходит в СО +5 и -1)

Подобная схема универсальная для брома и для йода. С серой реакция протекает схожим образом:

NaOH + I2 → NaIO + NaI + H2O (без нагревания)

NaOH + I2 → NaIO3 + NaI + H2O (с нагреванием)

Выделение йода

NaOH + S → Na2S + Na2SO3 + H2O (сера переходит в СО -2 и +4)

Уникальным является также взаимодействие щелочей с кислотным оксидом NO2, который соответствует сразу двум кислотам - и азотной, и азотистой.

LiOH + NO2 → LiNO2 + LiNO3 + H2O

Пройдите тест для закрепления знаний

1. В реакции с водой активнее всех проявляет себя

Наиболее активно из перечисленных металлов с водой реагирует калий.

2. У щелочных металлов количество валентных электронов на внешнем уровне равно

Щелочные металлы расположены во I группе главной подгруппе, все имеют по одному электрону на внешнем уровне.

3. Галитом называют

Галит - NaCl.

4. Едкий натр это

Едкий натр - щелочь NaOH.

5. Выберите ряд верно соотнесенных элементов с их продуктом в реакции с кислородом

В реакции с кислородом литий образует преимущественно оксид, натрий - пероксид, калий - супероксид.

Ваш результат