Alkaliska metaller

ett

3	Litium
Li6,94 ± 0,06 [1]
[Inte]2s 1

elva	Natrium
Na22,9898
[Ne]3s 1

fyra

19	Kalium
K39,0983
[Ar]4s 1

37	Rubidium
Rb85,4678
[Kr]5s 1

55	Cesium
Cs132,9055
[Xe]6s 1

87	Frankrike
Fr(223)
[Rn]7s 1

Alkalimetaller är grundämnen i den första gruppen av det periodiska systemet för kemiska grundämnen (enligt den föråldrade klassificeringen , grundämnen i huvudundergruppen av grupp I) [2] : litium Li, natrium Na, kalium K, rubidium Rb, cesium Cs, francium Fr. Det hypotetiska 119 :e osammansatta elementet kommer, i händelse av upptäckt, enligt strukturen av dess yttre elektronskal också att klassificeras som en alkalimetall. När alkalimetaller löses i vatten bildas lösliga hydroxider , så kallade alkalier .

Allmänna egenskaper hos alkalimetaller

I det periodiska systemet följer de omedelbart efter inerta gaser , så den strukturella egenskapen hos alkalimetallatomer är att de innehåller en elektron i den yttre energinivån: deras elektroniska konfiguration är ns 1 . Uppenbarligen kan valenselektronerna från alkalimetaller lätt avlägsnas, eftersom det är energetiskt gynnsamt för en atom att donera en elektron och få en inert gaskonfiguration . Därför kännetecknas alla alkalimetaller av reducerande egenskaper . Detta bekräftas av de låga värdena för deras joniseringspotentialer ( joniseringspotentialen för cesiumatomen är den lägsta) och elektronegativitet (EO). Som en konsekvens är alkalimetallerna i de flesta föreningar närvarande som enkelladdade katjoner . Det finns dock även föreningar där alkalimetaller representeras av anjoner (se Alkalider ).

Några atomära och fysikaliska egenskaper hos alkalimetaller

atomnummer _	Namn, symbol	Antal naturliga isotoper	Atomisk massa	Joniseringsenergi , kJ mol −1	Elektronaffinitet , kJ mol −1	EO	Δ H diss , kJ mol −1	Metall. radie, nm	Jonradie (cn 6), nm	t pl , °C	t bal , °C	Densitet , g/cm³	Δ H pl , kJ mol -1	Δ H kip , kJ mol −1	Δ H arr , kJ mol -1
3	litium Li	2	6.941(2)	520,2	59,8	0,98	106,5	0,152	0,076	180,6	1342	0,534	2,93	148	162
elva	Natrium Na	ett	22,989768(6)	495,8	52,9	0,93	73,6	0,186	0,102	97,8	883	0,968	2,64	99	108
19	Kalium K	2+1 a	39,0983(1)	418,8	46,36	0,82	57,3	0,227	0,138	63,07	759	0,856	2,39	79	89,6
37	Rubidium Rb	1+1 a	85.4687(3)	403,0	46,88	0,82	45,6	0,248	0,152	39,5	688	1,532	2.20	76	82
55	Cesium Cs	ett	132.90543(5)	375,7	45,5	0,79	44,77	0,265	0,167	28.4	671	1,90	2.09	67	78,2
87	Francium Fr	2 a	(223)	380	(44,0)	0,7	—	—	0,180	tjugo	690	1,87	2	65	—

a Radioaktiva isotoper: 40 K, T 1/2 = 1,277 10 9 år ; 87 Rb, T 1/2 = 4,75 10 10 år ; 223 Fr, T 1/2 = 21,8 min ; 224 Fr, T 1/2 = 3,33 min .

Alla metaller i denna undergrupp är silvervita (förutom silvergult cesium ), de är mycket mjuka, de kan skäras med en skalpell. Litium , natrium och kalium är lättare än vatten och flyter på dess yta och reagerar med det.

Litium
Natrium
Kalium
Rubidium
Cesium

Många mineraler innehåller alkalimetaller. Ortoklas eller fältspat består till exempel av kaliumaluminatsilikat K 2 [Al 2 Si 6 O 16 ], ett liknande mineral som innehåller natrium -albit - har sammansättningen Na 2 [Al 2 Si 6 O 16 ]. Havsvatten innehåller natriumklorid NaCl, och jorden innehåller kaliumsalter - sylvin KCl, sylvinit NaCl KCl , karnalit KCl MgCl 2 6H 2 O , polyhalit K 2 SO 4 MgSO 4 CaSO 4 2H 2 O.

Kemiska egenskaper hos alkalimetaller

På grund av den höga reaktiviteten hos alkalimetaller med avseende på vatten, syre och ibland även kväve ( Li ), lagras de under ett lager av fotogen . För att utföra reaktionen med en alkalimetall skärs en bit av den erforderliga storleken försiktigt av med en skalpell under ett lager av fotogen, metallytan rengörs noggrant från produkterna av dess interaktion med luft i en argonatmosfär , och endast sedan placeras provet i reaktionskärlet.

Interaktion med vatten

En viktig egenskap hos alkalimetaller är deras höga aktivitet med avseende på vatten. Litium reagerar lugnast (utan explosion ) med vatten:

{\mathsf {2\ Li+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ LiOH+\ H_{2}\uparrow ))

När man utför en liknande reaktion brinner natrium med en gul låga och en liten explosion inträffar. Kalium är ännu mer aktivt: i det här fallet är explosionen mycket starkare och lågan är lila.

Interaktion med syre

Förbränningsprodukterna av alkalimetaller i luft har olika sammansättning beroende på metallens aktivitet.

Endast litium brinner i luften med bildandet av en oxid av den stökiometriska sammansättningen:

{\mathsf {4\ Li+\ O_{2}\longrightarrow 2\ Li_{2}O))

Vid förbränning av natrium bildas peroxid Na 2 O 2 huvudsakligen med en liten blandning av superoxid NaO 2 :

{\mathsf {2\ Na+\ O_{2}\longrightarrow \ Na_{2}O_{2))}

Förbränningsprodukterna av kalium, rubidium och cesium innehåller huvudsakligen superoxider :

{\mathsf {K+\ O_{2}\longrightarrow \ KO_{2))}

{\displaystyle {\mathsf {Rb+\ O_{2}\longrightarrow \ RbO_{2))))

{\displaystyle {\mathsf {Cs+\ O_{2}\longrightarrow \ CsO_{2))))

För att erhålla oxider av natrium och kalium, värms blandningar av hydroxid, peroxid eller superoxid med ett överskott av metall i frånvaro av syre:

{\mathsf {2\ Na+2\ NaOH\longrightarrow 2\ Na_{2}O+\ H_{2}\uparrow ))

{\mathsf {2\ Na+\ Na_{2}O_{2}\longrightarrow 2\ Na_{2}O))

{\mathsf {3\ K+\ KO_{2}\longrightarrow 2\ K_{2}O))

För syreföreningar av alkalimetaller är följande regelbundenhet karakteristisk: när radien för alkalimetallkatjonen ökar, ökar stabiliteten hos syreföreningar som innehåller peroxidjonen O.2−2
_och superoxidjon O−
2.

För tunga alkalimetaller är bildningen av ganska stabila ozonider med sammansättningen EO 3 karakteristisk . Alla syreföreningar har olika färger, vars intensitet ökar i serien från Li till Cs :

Formel för en syreförening	Färg
Li2O _ _	Vit
Na2O _ _	Vit
K2O _ _	Gulaktig
Rb2O _ _	Gul
Cs2O _ _	Orange
Na2O2 _ _ _	ljusgul _
KO 2	Orange
RbO2 _	mörkbrun _
CsO2 _	Gul

Alkalimetalloxider har alla egenskaper hos basiska oxider : de reagerar med vatten, sura oxider och syror :

{\mathsf {Li_{2}O+\ H_{2}O\longrightarrow 2\ LiOH))

{\mathsf {K_{2}O+\ SO_{3}\longrightarrow \ K_{2}SO_{4}}}

{\mathsf {Na_{2}O+2\ HNO_{3}\longrightarrow 2\ NaNO_{3}+\ H_{2}O))

Peroxider och superoxider uppvisar egenskaperna hos starka oxidationsmedel :

{\mathsf {Na_{2}O_{2}+2\ NaI+2\ H_{2}SO_{4}\longrightarrow \ I_{2}+2\ Na_{2}SO_{4}+2\ H_{ 2}O}}

Peroxider och superoxider interagerar intensivt med vatten och bildar hydroxider:

{\mathsf {Na_{2}O_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ NaOH+\ H_{2}O_{2))}

{\mathsf {2\ KO_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ KOH+\ H_{2}O_{2}+\ O_{2}\uparrow ))

Interaktion med andra ämnen

Alkalimetaller reagerar med många icke-metaller . När de värms upp kombineras de med väte för att bilda hydrider , med halogener , svavel , kväve , fosfor , kol och kisel för att bilda respektive halogenider , sulfider , nitrider , fosfider , karbider och silicider :

{\mathsf {2\ Na+\ H_{2}\longrightarrow 2\ NaH))

{\mathsf {2\ Na+\ Cl_{2}\longrightarrow 2\ NaCl))

{\mathsf {2\ K+\ S\longrightarrow \ K_{2}S))

{\mathsf {6\ Li+\ N_{2}\longrightarrow 2\ Li_{3}N))

{\mathsf {2\ Li+2\ C\longrightarrow \ Li_{2}C_{2))}

Vid upphettning kan alkalimetaller reagera med andra metaller för att bilda intermetalliska föreningar . Aktivt (med en explosion) alkalimetaller reagerar med syror .

Alkalimetaller löses i flytande ammoniak och dess derivat - aminer och amider :

{\mathsf {2\ Na+2\ NH_{3}\longrightarrow 2\ NaNH_{2}+\ H_{2}\uparrow ))

När den löses i flytande ammoniak förlorar en alkalimetall en elektron , som löses upp av ammoniakmolekyler och ger lösningen en blå färg. De resulterande amiderna sönderdelas lätt av vatten med bildning av alkali och ammoniak:

{\mathsf {KNH_{2}+\ H_{2}O\longrightarrow \ KOH+\ NH_{3}\uparrow }}

Alkalimetaller interagerar med organiska ämnen alkoholer (för att bilda alkoholater ) och karboxylsyror (för att bilda salter ):

{\mathsf {2\ Na+2\ CH_{3}CH_{2}OH\longrightarrow 2\ CH_{3}CH_{2}ONa+\ H_{2}\uparrow ))

{\mathsf {2\ Na+2\ CH_{3}COOH\longrightarrow 2\ CH_{3}COONa+\ H_{2}\uparrow ))

Kvalitativ bestämning av alkalimetaller

Eftersom joniseringspotentialen för alkalimetaller är liten, när en metall eller dess föreningar värms upp i en låga, joniseras en atom och färgar lågan i en viss färg:

Flamfärgning med alkalimetaller
och deras föreningar

alkalimetall	lågans färg
Li	karminröd
Na	Gul
K	Violett
Rb	brunröd
Cs	lila röd

Erhålla alkalimetaller

Elektrolys av halogenidsmältor

För att erhålla alkalimetaller använder de huvudsakligen elektrolys av smältor av deras halogenider , oftast klorider , som bildar naturliga mineraler :

{\mathsf {2\ LiCl\longrightarrow 2\ Li+\ Cl_{2}\uparrow ))

katod :

{\mathsf {Li^{+}}}+e\longrightarrow {\mathsf {Li}}

anod :

{\mathsf {2Cl_{-}}}-2e\longrightarrow {\mathsf {Cl_{2}}}\uparrow

Elektrolys av hydroxidsmältor

Ibland, för att erhålla alkalimetaller, utförs elektrolys av smältor av deras hydroxider :

{\mathsf {4\ NaOH\longrightarrow 4\ Na+2\ H_{2}O+\ O_{2}\uparrow ))

katod:

{\mathsf {Na^{+}}}+e\longrightarrow {\mathsf {Na}}

anod:

{\mathsf {4OH^{-}}}-4e\longrightarrow {\mathsf {2H_{2}O+O_{2}}}\uparrow

Återhämtning från halogenider

En alkalimetall kan reduceras från motsvarande klorid eller bromid med kalcium , magnesium , kisel och andra reduktionsmedel när den värms under vakuum till 600-900 °C:

{\mathsf {2\ MCl+\ Ca\longrightarrow 2\ M\uparrow +\ CaCl_{2))}

För att reaktionen ska fortsätta i rätt riktning måste den resulterande fria alkalimetallen (M) avlägsnas genom destillation. På liknande sätt är reduktion med zirkonium från kromat möjlig . Det finns en känd metod för att erhålla natrium genom reduktion från karbonat med kol vid 1000 ° C i närvaro av kalksten .

Eftersom alkalimetaller är till vänster om väte i den elektrokemiska serie av spänningar , är det omöjligt att erhålla dem elektrolytiskt från vattenhaltiga saltlösningar; i detta fall bildas motsvarande alkalier och väte.

Alkalimetallföreningar

Hydroxider

För framställning av alkalimetallhydroxider används huvudsakligen elektrolytiska metoder. Den mest storskaliga är produktionen av natriumhydroxid genom elektrolys av en koncentrerad vattenlösning av vanligt salt :

{\mathsf {2\ NaCl+2\ H_{2}O\longrightarrow \ H_{2}\uparrow +\ Cl_{2}\uparrow +2\ NaOH))

katod :

2\ {\mathsf {H^{+}}}+2\ e\longrightarrow \ {\mathsf {H_{2}}}\uparrow

anod :

2\ {\mathsf {Cl^{-}}}-2\ e\longrightarrow \ {\mathsf {Cl_{2}}}\uparrow

Tidigare erhölls alkali genom utbytesreaktionen:

{\mathsf {Na_{2}CO_{3}+\ Ca(OH)_{2}\longrightarrow \ CaCO_{3}\downarrow +2\ NaOH))

Den alkali som erhölls på detta sätt var kraftigt förorenad med soda Na2CO3 .

Alkalimetallhydroxider är vita hygroskopiska ämnen vars vattenlösningar är starka baser . De deltar i alla reaktioner som är karakteristiska för baser - de reagerar med syror, syra och amfotera oxider , amfotära hydroxider :

{\mathsf {2\ LiOH+\ H_{2}SO_{4}\longrightarrow \ Li_{2}SO_{4}+2\ H_{2}O))

{\mathsf {2\ KOH+\ CO_{2}\longrightarrow \ K_{2}CO_{3}+\ H_{2}O))

{\mathsf {KOH+\ Al(OH)_{3}\longrightarrow \ K[Al(OH)_{4}]}}

Alkalimetallhydroxider sublimeras utan sönderdelning vid upphettning, med undantag för litiumhydroxid , som, liksom hydroxider av metaller i huvudundergrupp II-gruppen , sönderdelas till oxid och vatten när de bränns :

{\mathsf {2\ LiOH\longrightarrow \ Li_{2}O+\ H_{2}O))

Natriumhydroxid används för att tillverka tvål , syntetiska tvättmedel , konstgjorda fibrer, organiska föreningar som fenol .

Salter

En viktig produkt som innehåller en alkalimetall är soda Na 2 CO 3 . Den största mängden läsk över hela världen produceras enligt Solvay-metoden , som föreslogs i början av 1900-talet. Kärnan i metoden är som följer: en vattenlösning av NaCl , till vilken ammoniak tillsätts, mättas med koldioxid vid en temperatur av 26-30 ° C. I det här fallet bildas ett dåligt lösligt natriumbikarbonat , som kallas bakpulver :

{\mathsf {NaCl+\ NH_{3}+\ CO_{2}+\ H_{2}O\longrightarrow \ NaHCO_{3}\downarrow +\ NH_{4}Cl))

Ammoniak tillsätts för att neutralisera den sura miljön som uppstår när koldioxid passerar in i lösningen och för att erhålla bikarbonatjonen HCO 3 - nödvändig för utfällningen av natriumbikarbonat. Efter separation av bakpulver värms lösningen som innehåller ammoniumklorid med kalk och ammoniak frigörs, som återförs till reaktionszonen:

{\mathsf {2\ NH_{4}Cl+\ Ca(OH)_{2}\longrightarrow 2\ NH_{3}\uparrow +\ CaCl_{2}+2\ H_{2}O))

Således, med ammoniakmetoden för att producera soda, är det enda avfallet kalciumklorid , som förblir i lösning och har begränsad användning.

När natriumbikarbonat kalcineras , erhålls soda eller tvättning Na 2 CO 3 och koldioxid som används i processen för att erhålla natriumbikarbonat :

{\mathsf {2\ NaHCO_{3}\longrightarrow \ Na_{2}CO_{3}+\ CO_{2}\uparrow +\ H_{2}O))

Den största konsumenten av läsk är glasindustrin.

Till skillnad från det svagt lösliga sura saltet NaHCO 3 är kaliumbikarbonat KHCO 3 mycket lösligt i vatten, därför erhålls kaliumkarbonat , eller kaliumklorid , K 2 CO 3 genom inverkan av koldioxid på en lösning av kaliumhydroxid :

{\mathsf {2\ KOH+\ CO_{2}\longrightarrow \ K_{2}CO_{3}+\ H_{2}O))

Potaska används vid tillverkning av glas och flytande tvål.

Litium är den enda alkalimetallen för vilken inget bikarbonat har erhållits. Anledningen till detta fenomen är litiumjonens mycket lilla radie , vilket inte tillåter den att behålla en ganska stor HCO-jon.−
3.

Säkerhet

Alla alkalimetaller är mycket aktiva när de interagerar med vatten, syre, halogener och andra föreningar. Interaktioner med vatten är särskilt farliga, eftersom reaktionsprodukterna är frätande alkalier, och en enorm frigöring av energi uppstår, åtföljd av en eldig blixt (när det gäller kalium) eller en explosion (i fallet med rubidium eller cesium). Därför är det nödvändigt att följa säkerhetsreglerna när du arbetar med dem. Arbete bör endast utföras i latexhandskar, det är också nödvändigt att bära skyddsglasögon. I experiment används endast små mängder, som manipuleras med tång; vid oreagerade rester av alkalimetaller (t.ex. natrium eller kalium) används avfallshantering i vattenfri alkohol. Rubidium och cesium, på grund av sin extremt höga kemiska aktivitet (explosiv), används praktiskt taget inte i experiment. Alkalimetaller lagras under ett lager fotogen i hermetiskt tillslutna kärl. Det är omöjligt att släcka alkalimetaller med vatten, eftersom reaktionen åtföljs av en explosion. Rester av alkalimetaller elimineras med etylalkohol.

Litteratur

Akhmetov N. S. Allmän och oorganisk kemi. - M . : Högre skola, 2001.
Eremina E. A., Ryzhova O. N. Kapitel 14. Alkalimetaller // Schoolchildren's Handbook of Chemistry. - M . : Exam, 2009. - S. 224-231. — 512 sid. - 5000 exemplar. - ISBN 978-5-377-01472-0 .
Kuzmenko N. E., Eremin V. V., Popkov V. A. Kemins början. En modern kurs för sökande till universitet. - M . : Examen, 1997-2001.
Lidin R. A., Andreeva L. L., Molochko V. A. Handbook of oorganisk kemi. — M .: Kemi, 1987.
Nekrasov BV Grunderna i allmän kemi. — M .: Kemi, 1974.
Spitsyn V.I. , Martynenko L.I. Oorganisk kemi. - M. : MGU, 1991, 1994.
Turova N. Ya Oorganisk kemi i tabeller. Handledning. - M .: Högre kemiska högskola vid Ryska vetenskapsakademin, 1997.
Vrublevsky A.I. Grunderna i kemi

Anteckningar

↑ Grundämnenas atomvikter 2021 (IUPAC Technical Report) (engelska) - IUPAC , 1960. - ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 - doi:10.1515/PAC-2019-0603
↑ Periodiska systemet Arkiverad 17 maj 2008. på IUPAC :s webbplats

Se även

alkaliska jordartsmetaller

Länkar

Ordböcker och uppslagsverk

Stor dansk
Great Soviet (1 upplaga)
Brockhaus och Efron
Litet Brockhaus och Efron
Britannica (online)
Universalis
Skrivbord
Granatäpple

I bibliografiska kataloger
BNE : XX533900 BNF : 12121218w GND : 4224517-5 J9U : 987007294080905171 LCCN : sh85003587 NDL : 00560346 NKC : ph174615

alkaliska metaller

Litium
Li
Atomnummer: 3
Atommassa: 6.941
Temp. smältpunkt: 453,85 K
Temp. kokpunkt: 1615 K
Densitet: 0,534 g/cm³
Elektronegativitet: 0,98

Sodium
Na
Atomnummer: 11
Atommassa: 22,98976928
Temp. smältpunkt: 371,15 K
Temp. kokpunkt: 1156 K
Densitet: 0,97 g/cm³
Elektronegativitet: 0,96

Kalium
K
Atomnummer: 19
Atommassa: 39,0983
Temp. smältpunkt: 336,58 K
Temp. kokpunkt: 1032 K
Densitet: 0,86 g/cm³
Elektronegativitet: 0,82

Rubidium
Rb
Atomnummer: 37
Atommassa: 85,4678
Temp. smältpunkt: 312,79 K
Temp. kokpunkt: 961 K
Densitet: 1,53 g/cm³
Elektronegativitet: 0,82

Cesium
Cs
Atomnummer: 55
Atommassa: 132.9054519
Temp. smältpunkt: 301,59 K
Temp. kokpunkt: 944 K
Densitet: 1,93 g/cm³
Elektronegativitet: 0,79

Francium
Fr
Atomnummer: 87
Atommassa: (223)
Temp. smältpunkt: ~300 K
Temp. kokpunkt: ~950 K
Densitet: 1,87 g/cm³
Elektronegativitet: 0,7

Periodiskt system av kemiska element av D. I. Mendeleev

ett

tio

ett

han

Vara

fyra

Som

Obs

jag

På

centimeter

jfr

Nej

alkaliska metaller	alkaliska jordartsmetaller	Lantanider	Aktinider	övergångsmetaller
lättmetaller _	Halvmetaller	icke-metaller	Halogener	ädelgaser

Periodiska systemet
Dmitri Ivanovich Mendeleev Periodisk lag Elementgrupper
Format	kort Genom block Förlängd förstorad Elektroniska konfigurationer Elektronnegativitet Alternativ Isotoper av element
Objektlistor efter	...Namn ... Etymologier ...öppnings tid ...oxidationstillstånd ... Hårdhet ... Prevalens hos människan : spårelement makronäringsämnen Organogener ... Värdet av standard elektrokemiska potentialer
Grupper	ett 2 3 fyra 5 6 7 åtta 9 tio elva 12 13 fjorton femton 16 17 arton
Perioder	ett 2 3 fyra 5 6 7 åtta
Familjer av kemiska grundämnen	icke-metaller Halvmetaller (metalloider) Metaller Intransitiva element övergångsmetaller Metaller efter övergång Inre övergångsmetaller Lantanider Aktinider Transuran superövergångsmetaller lättmetaller Tungmetaller Supertunga grundämnen (transaktinoider) Eldfasta metaller Platinagruppens metaller ädla metaller Icke-järnmetaller radioaktiva grundämnen konstgjorda element Sällsynta föremål sällsynta jordartsmetaller Spårelement Monoisotopiska element Polyisotopiska element
Periodiska systemet block	s-element p-element d-element f-element g-element
Övrig	Lantanidkontraktion aktinoidkontraktion Förutspådda element Symboler för kemiska grundämnen lista
Periodiska systemet Kategori:Periodiskt system Portal: Kemi {{ Periodiskt system av element }}