Щелочные металлы
Действительно, все щелочные металлы энергично, во многих случаях со взрывом, реагируют с водой и растворами кислот. Со щелочными растворами, в которых концентрация протонов мала, реакции идут более спокойно. Натрий, брошенный на поверхность воды, немедленно плавится за счет теплоты реакции, а иногда поджигает выделяющийся водород:
Na (кр) + H2O (ж) = NaOH (p-p) + 1/2H2
Калий всегда реагирует с водой со вспышкой или со взрывом.
Соли щелочных металлов
Во всех своих соединениях щелочные металлы существуют в виде однозарядных катионов. Это относиться как к бинарным соединениям – галогенидам, халькогенидам, нитридам, карбидам, так и к солям со сложными многоатомными анионами.
Электростатические взаимодействия в ионных кристаллических решетках, содержащих однозарядные катионы, не очень велики, и энергии гидратации ионов оказываются вполне соизмеримы с ними. Поэтому, за редкими исключениями, соли щелочных металлов хорошо растворяются в воде. Хуже других растворимы фториды, карбонат и фосфат лития и перхлораты калия, рубидия и цезия.
При сильном нагревании солей, особенно при внесении их в пламя горящего водорода или бытового газа, происходит ряд процессов приводящих к появлению характерной окраски пламени.
Соли щелочных металлов находят самое широкое применение как в лабораторной практике, так и в различных областях промышленности и медицины.
Особенно широко используются карбонат и гидрокарбонат натрия, известные под общим названием сода. В технике и в быту различают кристаллическую соду Na2CO3×10H2O, кальцинированную соду – безводный карбонат Na2CO3 и питьевую соду – NaHCO3. Кроме того, следует упомянуть, что термин каустическая сода или каустик используется в технике для обозначения NaOH.
Основные потребители соды – стекольное, мыловаренное, бумажное, текстильное производство. Сода служит исходным продуктом для получения других солей натрия. Питьевая сода широко применяется в медицине. В лабораторной практике сода используется для нейтрализации кислот при несчастных случаях.
Приложение I
Таблица 1-1. Физико-химические свойства щелочных металлов
|
Величина |
Li |
Na |
K |
Rb |
Cs |
|
Энергия ионизации атомов I1, Эв (кДж/моль) |
5,4 (520) |
5,1 (492) |
4,3 (415) |
4,2 (405) |
3,9 (386) |
|
Сродство атомов к электрону, Эв (кДж/моль) |
0,6 (57) |
0,3 (29) |
0,5 (48) |
0,4 (39) |
0,4 (39) |
|
Электроотрицательность |
1,0 |
1,0 |
0,9 |
0.9 |
0,9 |
|
Орбитальный радиус атома, нм |
0,159 |
0,171 |
0,216 |
0,229 |
0,252 |
|
Энтальпия атомизации, кДж/моль |
159 |
107 |
89 |
81 |
77 |
|
Температура плавления, °C |
180 |
98 |
64 |
39 |
29 |
|
Температура кипения, °C |
1340 |
886 |
761 |
690 |
672 |
Таблица 1-2. Основные сведения о щелочных металлах
|
Величина |
3Li |
11Na |
19Ka |
37Rb |
55Cs |
87Fr |
|
Атомный вес |
6,94 |
22,99 |
39,1 |
85,47 |
132,9 |
[223] |
|
Валентные электроны |
(2) 2s1 |
(8) 3s1 |
(8) 4s1 |
(8) 5s1 |
(8) 6s1 |
(8) 7s1 |
|
Металлический радиус Атома, А |
1,55 |
1,89 |
2,36 |
2,48 |
2,68 |
2,80 |
|
Радиус иона Э+, А |
0,68 |
0,98 |
1,33 |
1,49 |
1,65 |
1,75 |
|
Энергия ионизации, Эв Э° ® Э+ |
5,39 |
5,14 |
4,43 |
4,176 |
3,89 |
3,98 |
|
Содержание в земной коре, ат. % |
0,02 |
2,0 |
1,1 |
4×10-3 |
9×10-5 |
¾ |
|
Природные изотопы |
7Li 92,7% |
23Na 100% |
39Ka 93,1% |
85Rb 72,15% |
183Cs 100% |
¾ |
Таблица 1-3. Основные физические константы щелочных металлов
|
Величина |
Li |
Na |
K |
Rb |
Cs |
|
Плотность, г/см3 |
0,53 |
0,97 |
0,85 |
1,5 |
1,9 |
|
Твердость (алмаз 10) |
0,6 |
0,4 |
0,5 |
0,3 |
0,2 |
|
S°298, дж/г-ат×град |
28,1 |
51,2 |
64,2 |
76,2 |
84,3 |
|
Теплоемкость (H2O 1) |
0,83 |
0,29 |
0,17 |
0,08 |
0,05 |
|
Теплопроводность |
11 |
21 |
14 |
8 |
5 |
|
DH°возг.298,кДж/г-ат |
159,3 |
92,0 |
90,4 |
82,1 |
78,2 |
|
Т. пл., °C |
179 |
98 |
63 |
39 |
29 |
|
Т. кип., °C |
1350 |
900 |
776 |
680 |
666 |
