Ка2С2 + 2Н20 = 2ИаОН + С2Н21, КН + Н20 = КОН + Н2|.
Натрий и калий широко распространены в природе, а литий, рубидий и цезий-редкие элементы. Литий содер жится в нескольких силикатных минералах, а рубидий и цезий-спутники калия в соляных пластах, минералах и в воде минеральных источников. Франций-радиоактивный элемент,, его наиболее долгоживущий изотоп 223Рг имеет период .полураспада : 22 мин, в природе образуется при распаде ядер актиния. Литий и его гидроксид ООН приме няют в щелочных источниках тока.
Натрий. В свободном виде натрий-серебристо-белый металл' очень легкий (с1= 0,97) и мягкий (режется ножом), легкоплавкий (1пл = 97,8 °С). На воздухе поверхность метал ла покрывается слоем КаОН и теряет блеск. Хранят натрий под слоем керосина или бензина.
Очень бурно и с (большим э/сзо-эффектом натрий реагирует с водой:
2Ыа + 2Н20 = 2ИаОН + Н2Т 4- б-
От теплоты реакции кусочки натрия расплавляются в шарики, которые начинают беспорядочно двигаться из-за выделения Н2; реакция сопровождается резкими щелчками вследствие взрывов гремучего газа (Н2 + 0 2). Раствор окрашивается фенолфталеином в малиновый цвет (щелочная среда).
При нагревании на воздухе и в атмосфере хлора натрий образует пероксид Ка20 2 и хлорид КаС1. Со ртутью натрий образует жидкий сплав-амальгаму (до 0,2% Иа), Натрий в виде пара используют как наполнитель газоразрядных ламп наружного освещения (желтый свет). Пероксид натрия Ка20 2 применяют для регенерации кислорода в изолирую щих дыхательных приборах:
2Ка20 2 + 2С02 = 2Ка2СОэ + 0 2.
Но наиболее широкое применение имеют соединения натрия-гидроксид КаОН, хлорид №01 и карбонат Ка2С 0 3.
Хлорид натрия КаС1 (в быту -поваренная соль} представ ляет собой белые кристаллы с /пл = 801 °С. Одинаково умеренно растворяется в холодной и горячей воде, раствор имеет характерный (соленый) вкус. В лаборатории исполь зуется для получения хлороводорода НС1, в промышлен ности-для получения Ка и С12 (электролиз расплава), Н2, С12 и ЫаОН (электролиз раствора), Ка2СОэ (аммиачный
165
способ) и многих других соединений натрия. В природе ИаС1 содержится в соляных пластах (минерал галит), рассолах и морской воде («2,7%).
Гидроксид натрия КаОН (техническое названиъ-едкий натр)-белые кристаллы с 1пл = 322°С; он легко погло щает влагу и углекислый газ из воздуха (образуется ЫаНС03). Хорошо растворяется в воде с высоким экзо-
эффектом; раствор ИаОН разъедает стекло |
(образуется |
Ка28Ю3), корродирует поверхность алюминия |
(образуется |
№[А1(ОН)4] и Н2).
Важнейший промышленный способ получения КаО Н - электролиз раствора КаС1, при этом одновременно полу чают Н2 (на инертном катоде) и С12 (на аноде). Но чаще используется амальгамный (ртутный) способ; на ртутном катоде вместо катионов водорода разряжаются катионы натрия, чему способствует образование амальгамы:
электролиз
2№С1 (раствор)-------------- ►2Ха(Н§-катод) 4- С12| (анод). амальгама
Далее амальгаму обрабатывают водой и получают ИаОН (освобождающуюся ртуть возвращают в электролизер).
Гидроксид натрия-важнейшее сырье химической про мышленности, он используется для получения натриевых солей (КаЖ>3, И аК 02, На28 0 3, ИаСЮ, На28Ю3 и др.), целлюлозы, мыла, красителей, извлечения и очистки олова и цинка, для переработки алюминиевых руд (бокситов).
Карбонат натрия Ка2СОэ (техническое название - каль цинированная сода) и его кристаллогидрат Ка2СОэ • 10Н2О {кристаллическая сода)-белые кристаллы, хорошо раство римые в воде. Вследствие гидролиза по аниону раствор имеет сильнощелочную среду (мылкий на ощупь).
Для синтеза |
№ 2С 0 3 |
используют аммиачный способ; |
в насыщенный |
раствор |
№ 0 1 пропускают эквимолярные |
количества МН3 и С 02, т,е. как бы вводят гидрокарбонат аммония КН4НС0 3:
ЫаС1 + ЫН3 + Н20 + С 02 = ЫН4С1 + ИаНСОз |.
н н 4н с о 3
Выпадает осадок малорастворимой в этих условиях соли
гидрокарбонат натрия КаНСОэ (в быту - питьевая сода). Его подвергают термическому обезвоживанию {кальцинирование)
166
и получают соду:.
2КаНСОз = Иа2СОз + Н20 + С 02.
Углекислый газ, а также аммиак, выделенный из маточного раствора МН4С1 по реакции . ^
2ИН4С1 + Са (ОН)2 = СаС12 + 2НгО + 2НН3|,
возвращают в производственный цикл.
Карбонат натрия-сырье для синтеза других соединений натрия, нерастворимых в воде карбонатов, производства стекла, мыла и других моющих средств, эмалей, реактив для устранения жесткости воды.
Натрий-шестой по распространенности элемент в зем ной коре (2,6 масс. %), где он находится только в виде солей. Входит в состав многочисленных минералов, соляных плас тов каменной соли (КаС1), живых организмов, содержится в морской воде (до 10,6 г ионов № + в 1 л).
Калий. По внешнему виду и свойствам калий похож на натрий, но более реакционноспособный. Энергично реаги рует с водой и вызывает возгорание водорода. На воздухе сгорает, образуя оранжевый надпероксид К 0 2. При комнат ной температуре реагирует с галогенами, при умеренном нагреваний-с водородом, серой. Во влажном воздухе быстро покрывается слоем КОН. Хранят калий под слоем бензина или керосина.
Наибольшее практическое применение находят соедине
ния калия-гидроксид КОН, нитрат К Ж )3 и карбонат
к2со3.
Гидроксид калия КОН (техническое название - едкое кали)-белые кристаллы, расплывающиеся во влажном воздухе и поглощающие углекислый газ (образуется К 2СОэ
иКН С03). Очень хорошо растворяется в воде с высоким экзо-эффектом. Водный раствор-сильнощелочной.
Производят гидроксид калия электролизом раствора КС1 (аналогично производству ИаОН). Исходный хлорид калия КС1 получают из природного сырья (минералы сильвин КС1
икарналлит КМ§С13 *6Н20). Используют КОН для синтеза различных солей калия, жидкого мыла, красителей, как электролит в аккумуляторах.
Нитрат калия КМ0 3 (минерал калийная селитра)-белые
кристаллы, очень горькие на вкус, низкоплавкие (1^ = = 339 °С). Хорошо растворим в воде (гидролиз отсутствует). При нагревании выше температуры плавления разлагается на нитрит калия КМ0 2 и кислород 0 2, проявляет сильные окислительные свойства. Сера и древесный уголь загораются
167
при контакте с расплавом КЖ>3, а смесь С + 8 -взрывается |
| |
|
(сгорание «черного пороха»): |
|
| |
2КЖ)з + ЗС (уголь) + 8 = И2 + ЗС02 + К28. |
|
I |
Нитрат калия используется в производстве стекла |
и мине- |
|1 |
ральных удобрений. |
|
* |
Карбонат калия К 2СОэ (техническое название - поташ) - |
|
|
белый гигроскопичный порошок. Очень хорошо растворя |
|
|
ется в воде, сильно гидролизуется по аниону и создает |
|
|
щелочную среду в растворе. Используется в изготовлении |
] |
|
стекла и мыла. |
|
- |
Получение К 2СОэ основано на реакциях |
. |
« |
К28 0 4 + Са(ОН)2 + 2СО = 2К(НСОО) + Са804, |
|
|
2К(НСОО) + 0 2 = К2С 03 + Н20 4* С 02. |
|
5 |
"' |
каинит |
1 |
Сульфат калия из природного сырья (минералы |
|
|
КМ §(804)С1 • ЗН20 и шёнит К 2М §(804)2 • 6Н20) нагрева- |
.| |
|
ют с гашеной известью Са(ОН)2, в атмосфере СО (под , |
давлением» 15 атм), получают формиат калия К(НСОО), |
| |
||
который прокаливают в 'токе воздуха. |
* |
| |
|
Калий-жизненно важный элемент для растений и живот- |
4 |
||
еых. Калийные удобрения-это соли калия, как природные, |
| |
||
так и продукты их перерабоки (КС1, К28 0 4, К И 03); высоко |
| |
||
содержание солей калия в золе растений. |
. I |
||
Калий-седьмой по распространенности элемент в |
|
||
земной коре (2,4%). Содержится только в связанном виде |
| |
||
ь минералах, морской воде (до |
0,38 г ионов К+ в 1 л), |
| |
|
растениях и живых организмах (внутри клеток). В организме |
| |
||
человека имеется «175 г калия, суточная потребность дости- |
§ |
||
гает « 4 г. Радиоактивный изотоп 40К |
(примесь к преобла- |
I |
|
дающему стабильному изотопу 39К) распадается очень |
| |
||
медленно (период полураспада |
1 • 109 лет), он, наряду с |
||
изотопами 23811 и 232ТЪ, вносит большой вклад в геотерми- |
> |
||
ческий запас нашей планеты (внутренняя теплота земных |
| |
||
недр). |
|
|
V |
Упражнения |
|
|§ |
|
17.1. Изобразите электронные конфигурации атома КЪ и иона |
1 |
||
КЬ+. Нейтральному атому какого элемента отвечает конфигурация . |
|
||
иона КЪ+?
17.2. Составьте названия следующих веществ: 1л3Р 0 4, КЬСЮ4, С$СЮ3, КаН804, Ка28, К20 2, № 0 2, КЬОэ.
168
173. Напишите формулы следующих веществ:
надпероксид цезия |
гидроортофосфат цезия |
гидросульфид лития |
ацетиленид лития |
нитрид рубидия |
гидрокарбонат рубидия |
17.4.Составьте уравнения термических реакций:
и 4- о 2 — |
№ 4- 0 2 = |
к + о2 = |
К.Ь 4- С12 = |
Сз 4- 12 = |
Ка 4- 8 = |
К + н2 = |
Иа + И2 = |
|
173.Как изменяется рН среды при обработке натрия водой
иразбавленной бромоводородной кислотой?
17.6.Составьте уравнения реакций в водном растворе:
КЪ20 + Н20 = ~ |
СзС1 4“ Н2804(конц.) = (2 реакции) |
ЫаОН 4- 8Ю2 = |
КЪОН 4“ С 02 = (2 реакции) |
ЫС1 4- К3Р 0 4 = |
ЫИОз 4" ... = Ы2С 0 31 4* ... |
17.7. Через раствор гидроксида калия пропускают газы: диоксид серы, сероводород, иодоводород, хлор. Составьте уравнения
возможных реакций. |
4 |
|
17.8. Составьте |
уравнения окислительно-восстановительных |
|
реакций: |
|
|
К20 2 |
4- СО = |
К 0 2 4- К 0 2 = К Ж )3 4- 0 2 |
К20 2 |
4“/ С02 = |
Ка20 2 4“ Н2804 4“ Ре804 = |
КЬ02 4- 8 = |
К20 2 4- Н2804 4- К1 = |
|
Сз02 4- ЫНз = |
Ка 4“ Н20(влага) 4- 0 2 = |
|
КЫ03 4- С(уголь) = |
Ка20 2 4* Н2804 —0 2 4~ .. |
|
|
|
А1 4- Н20 4- КаОН = |
17.9. Составьте уравнения реакций гидролиза в водном раство
ре: а) солей |
Сз2С 03, К К 0 2, КЪР, 1л28, К 28 0 3; б) бинарных |
соединений |
1Л2С2, КЪН |
17.10. Составьте уравнения электролиза: а) расплавов КС1, ИОН, ЫН, смеси КР 4- КС1; б) растворов КС1, ЙЪ280 4, КР, ЫОН, смеси КаОН 4- КаС1.
17.11. Приведите все возможные доводы размещения калия в 1А-группе, а аргона-в УША-группе, хотя аргон тяжелее калия.
18. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ ПА-ГРУППЫ. КАЛЬЦИЙ. .
Элементы ИА-группы. Общая электронная конфигурация, электроотрицательность элементов, характерная степень окисления. Простые вещества, их восстановительные свойства. Взаимодействие с кислородом, водородом, азотом, галогенами^ серой, водой. Распространение в природе и применение.
169