Студент должен:

Знать:

    Положение металлов в периодической системе, особенности строения их атомов: состав, свойства, получение и применение важнейших химических соединений металлов. Общие специфические свойства металлов главных подгрупп I – III групп.

Уметь:

    Составлять электронные формулы атомов металлов малых и больших периодов: определять свойства металла в зависимости от его положения в электрохимическом ряду напряжения. Находить сходство и различие в свойствах металлов одной группы. Давать определения и применять понятия – металлическая связь, электрохимические ряды напряжения.

Данная подгруппа является семейством  s - элементов, очень сходных по своим свойствам: это самые активные металлы с низкой энергией ионизации, обладающие вы­сокой восстановительной способностью. Атомы этих ме­таллов, имея на внешнем слое единственный электрон, легко теряют его и превращаются в положительно заря­женные ионы Ме+. Во всех соединениях эти элементы проявляют валентность I и степень окисления +1.

По мере возрастания атомного радиуса от Li к Cs про­исходит уменьшение энергии ионизации и увеличение восстановительной активности.

Простые вещества, образуемые данными элементами, обладают всеми общими свойствами типичных металлов. По внешнему виду это вещества серебристо-белого цвета, хорошо проводят тепло и электрический ток. Все щелоч­ные металлы, кроме лития, очень мягкие, легко режутся ножом. Металлы рассматриваемой подгруппы в природе в свободном виде не встречаются вследствие их чрезвы­чайно высокой химической активности; они находятся в виде солей. Наиболее распространенными являются Na и К, входящие в состав следующих минералов:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

NaCl  -  галит ((каменная, или поваренная соль);

КС1 — сильвин;

NaCl • КС1 – сильвинит;

NaN03  - натриевая селитра;

Na2S04 • 10Н2О - мирабилит.

13.1. Получение щелочных металлов

Для выделения щелочных металлов из их соединений (чаще всего хлоридов или щелочей) используют электро­лиз расплавов, т. к. из водных растворов они не восста­навливаются. Ниже приводится в качестве примера схе­ма электролиза расплава хлорида натрия:

NaCl ↔ Na+ + Cl-

катод (-):Na+ + 1е ↔ Na0

анод (+): 2Сl - + 2e ↔ Cl20

2NaCl ↔ 2Na + Cl2↑

Калий иногда получают из расплава КС1, вытесняя его металлическим натрием:

13.2.Химические свойства щелочных металлов

Как уже указывалось, щелочные металлы — очень силь­ные восстановители. Химические реакции с их участием протекают очень легко, сопровождаются иногда горени­ем и взрывом.

Наиболее характерными являются следующие взаимо­действия (на примере Na).

С кислородом:

Горение: 2 Na + O2 → Na2O2

медленное окисление: 4Na + O2 → 2Na2O

С галогенами:

Горение: 2Na + Cl2 → 2NaCl

Взрыв: 2Na + F2 → 2NaF

С серой:

2Na + S → Na2S

С азотом:

6Na + N2 → 2Na3N нитрид натрия

С фосфором:

3Na + P → Na3P

С водородом:

2Na + H2 → NaH

С водой:

2 Na + 2H2O → H2↑ + 2NaOH

8. С разбавленными кислотами:

2 Na + 2HCl → 2NaCl + H2↑

13.3.Важнейшие соединения щелочных металлов

13.3.1. Оксиды

Общая формула Ме20. Твердые вещества, хорошо ра­створимые в воде. По химическим свойствам — типичные основные оксиды. Проявляют все общие свойства этого класса соединений:

Na2O + CO2 → Na2CO3

Na2O + H2SO4 → Na2SO4 + H2O

В отличие от многих других основных оксидов взаи­модействуют с водой:

13.3.2. Гидроксиды

Общая формула МеОН, NaOH и КОН - белые, непроз­рачные твердые кристаллические вещества. Очень проч­ные, не разлагаются при плавлении. В воде хорошо раство­ряются с выделением большого количества теплоты. Назы­ваются едкими щелочами (NaOH — едкий натр, КОН - ед­кое кали). В водных растворах нацело диссоциированы и проявляют химические свойства сильных оснований.

Гидроксиднатрия — один из важных продуктов хими­ческой промышленности. Он применяется для производ­ства мыла, искусственного шелка, бумаги, для очистки нефтяных продуктов. Гидроксидкалия — более дорогой продукт, используется при варке мыла.

13.3.3. Гидриды

Общая формула МеН. Неустойчивые соединения, име­ющие ионное строение. Легко разлагаются водой:

Используется в составе ракетного топлива.

13.3.4.Соли

Наиболее важными являются соли Na и К. Почти все они растворимы в воде. Соли, образованные щелочными металлами и сильными кислотами, гидролизу не подвер­гаются. Соли, образованные слабыми кислотами, в воде гидролизованы, например:

Соли щелочных металлов окрашивают пламя горелки в различные цвета:

Li+ — красно-коричневый        Na+ — желтый

К+ — фиолетовый        Rb+ — красный

Cs+ — фиолетовый

Это свойство используется для качественного анализа, т. е. для обнаружения этих катионов.

Наиболее важными в практическом применении явля­ются следующие соли:

NaCl — поваренная соль,

NaHC03 — питьевая сода,

Na2C03 —  техническая сода,

Na2S04  · 10Н2О - глауберова соль,

NaN03 - натриевая селитра,

KN03 — калиевая селитра,

К2С03 — поташ.

13.4. Медико-биологическое значение элементов I группы главной подгруппы

Ион калия К+ — основной внутриклеточный ион, в то время как ион натрия Na+ — главный внеклеточный ион; их взаимодействие поддерживает жизненно важные про­цессы в клетках. В организме человека растворимые соли натрия: хлорид, фосфат, гидрокарбонат - входят в состав

плазмы крови, лимфы. Постоянство концентраций ионов Na+, K+, Ca2+, Mg2+, поддерживают электролитный баланс клеток и жидких сред организма. При нарушении содер­жания Na+, K+, Ca2+, Mg2+ в организме наблюдаются раз­личные патологические изменения.

Ионы К+ и Na+ участвуют в проведении нервных им­пульсов и осуществлении мышечных сокращений.

В медицинской практике широко используются соеди­нения, образованные щелочными металлами. Некоторые из них:

    0,9 %-ный раствор хлорида натрия NaCl - физиоло­гический раствор, применяемый при большой потере крови; Na2S04 • 10Н2О — глауберова соль — применяется как слабительное средство; NaHC03 — питьевая сода — используется в качестве отхаркивающего средства. Ее действие основано на снижении вязкости мокроты в слабощелочной сре­де, образующейся в результате гидролиза NaHC03 (рН=8). (Na2C03 для этих целей применять нельзя, т. к. эта соль при гидролизе дает сильно щелочную реакцию среды (рН=11), что может привести к ожо­гам слизистой оболочки).

Малорастворимые соли лития (Li2C03) применяют в ка­честве психотропных средств, т. к. ионы Li+ обладают спо­собностью купировать острое маниакальное возбужде­ние у психических больных. Хорошо растворимые соеди­нения не применяют, т. к. при этом достигается высокая концентрация ионов лития в крови, что может привести к отравлению.