Как взаимодействуют щелочные металлы с кислотами


Характерные химические свойства щелочных металлов » HimEge.ru

•Восстановительная способность увеличивается в ряду ––Li–Na–K–Rb–Cs.

•Все соединения щелочных металлов имеют ионный характер.

•Практически все соли растворимы в воде.

•Вследствие своей активности щелочные металлы хранят под слоем керосина, чтобы преградить доступ воздуха и влаги. Литий очень легкий и в керосине всплывает на поверхность, поэтому его хранят под слоем вазелином.

1.      Щелочные металлы активно взаимодействуют с водой:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2­

2Li + 2H2O → 2LiOH + H2­

 2.      Реакция щелочных металлов с кислородом:

4Li + O2 → 2Li 2O (оксид лития)

2Na + O2 → Na2O2 ( пероксид натрия)

K + O2 → KO(надпероксид калия)

На воздухе щелочные металлы мгновенно окисляются. Поэтому их хранят под слоем органических растворителей (керосин и др.).

3.      В реакциях щелочных металлов с другими неметаллами образуются бинарные соединения:

2Li + Cl2 → 2LiCl (галогениды)

2Na + S → Na2S (сульфиды)

2Na + H2 → 2NaH (гидриды)

6Li + N2 → 2Li3N (нитриды)

2Li + 2C → Li2C2 (карбиды)

4.      Реакция щелочных металлов с кислотами

(проводят редко, идет конкурирующая реакция с водой):

2Na + 2HCl → 2NaCl + H2­

5. Взаимодействие щелочных металлов с аммиаком

(образуется амид натрия):

2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H2

6. Взаимодействие щелочных металлов со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:

2Na + 2C2H5OH = 2C2H5ONa + H2;

2K + 2C6H5OH = 2C6H5OK + H2;

7. Качественная реакция на катионы щелочных металлов — окрашивание пламени в следующие цвета:

Li+ – карминово-красный

Na+ – желтый

K+, Rb+ и Cs+ – фиолетовый

Получение щелочных металлов

Металлические литий, натрий и калий получают электролизом расплава солей (хлоридов), а рубидий и цезий – восстановлением в вакууме при нагревании их хлоридов кальцием: 2CsCl+Ca=2Cs+CaCl2
В небольших масштабах используется также вакуум-термическое получение натрия и калия:

2NaCl+CaC2=2Na+CaCl2+2C;
4KCl+4CaO+Si=4K+2CaCl2+Ca2SiO4.

Активные щелочные металлы выделяются в вакуум-термических процессах благодаря своей высокой летучести (их пары удаляются из зоны реакции).

Особенности химических свойств s-элементов I группы и их физиологическое действие

Электронная конфигурация атома лития 1s22s1 .  У него самый большой во 2-м периоде атомный радиус, что облегчает отрыв валентного электрона и возникновение иона Li + со стабильной конфигурацией инертного газа (гелия). Следовательно, его соединения образуются с передачей электрона от лития к другому атому и возникновением ионной связи с небольшой долей ковалентности. Литий ‑ типичный металлический элемент. В виде вещества это щелочной металл. От других членов I группы он отличается малыми размерами и наименьшей, по сравнению с ними, активностью. В этом отношении он напоминает расположенный по диагонали от Li элемент II группы ‑ магний. В растворах ион Li+ сильно сольватирован; его окружают несколько десятков молекул воды. Литий по величине энергии сольватации — присоединения молекул растворителя, стоит ближе к протону, чем к катионам щелочных металлов.

Малый размер иона Li+, высокий заряд ядра и всего два электрона создают условия для возникновения вокруг этой частицы довольно значительного поля положительного заряда, поэтому в растворах к нему притягивается значительное число молекул полярных растворителей и его координационное число велико, металл способен образовывать значительное число литийорганических соединений.

Натрием начинается 3-й период, поэтому у него на внешнем уровне всего 1е, занимающий 3s-орбиталь. Радиус атома Na — наибольший в 3-м периоде. Эти две особенности определяют характер элемента. Его электронная конфигурация 1s22s22p63s1.  Единственная степень окисления натрия +1. Электроотрицательность его очень мала, поэтому в соединениях натрий присутствует только в виде положительно заряженного иона и придает химической связи ионный характер. По размеру ион Na+ значительно больше, чем Li+, и сольватация его не так велика. Однако в растворе в свободном виде он не существует.

Физиологическое значение ионов К+ и Na+ связано с их различной адсорбируемостью на поверхности компонентов, входящих в состав земной коры. Соединения натрия лишь незначительно подвержены адсорбции, в то время как соединения калия прочно удерживаются глиной и другими веществами. Мембраны клеток, являясь поверхностью раздела клетка ‑ среда, проницаемы для ионов К+, вследствие чего внутриклеточная концентрация К+ значительно выше, чем ионов Na+ . В то же время в плазме крови концентрация Na+ превышает содержание в ней калия. С этим обстоятельством связывают возникновение мембранного потенциала клеток. Ионы К+ и Na+ ‑  одни из основных компонентов жидкой фазы организма. Их соотношение с ионами Са2+ строго определенно, а его нарушение приводит к патологии. Введение ионов Na+ в организм не оказывает заметного вредного влияния. Повышение же содержания ионов К + вредно, но в обычных условиях рост его концентрации никогда не достигает опасных величин. Влияние ионов Rb+, Cs+, Li+ еще недостаточно изучено.

Из различных поражений, связанных с применением соединений щелочных металлов, чаще всего встречаются ожоги растворами гидроксидов. Действие щелочей связано с растворением в них белков кожи и образованием щелочных альбуминатов. Щелочь вновь выделяется в результате их гидролиза и действует на более глубокие слои организма, вызывая появление язв. Ногти под влиянием щелочей становятся тусклыми и ломкими. Поражение глаз, даже очень разбавленными растворами щелочей, сопровождается не только поверхностными разрушениями, но нарушениями более глубоких участков глаза (радужной оболочки) и приводит к слепоте. При гидролизе амидов щелочных металлов одновременно образуется щелочь и аммиак, вызывающие трахеобронхит фибринозного типа и воспаление легких.

Калий был получен Г. Дэви практически одновременно с натрием в 1807 г. при электролизе влажного гидроксида калия. От названия этого соединения ‑ «едкое кали» и получил свое наименование элемент. Свойства калия заметно отличаются от свойств натрия, что обусловлено различием величин радиусов их атомов и ионов. В соединениях калия связь более ионная, а в виде иона К+ он обладает меньшим поляризующим действием, чем натрий, из-за больших размеров. Природная смесь состоит из трех изотопов 39К, 40К, 41К. Один из них 40Крадиоактивен и определенная доля радиоактивности минералов и почвы связана с присутствием этого изотопа. Его период полураспада велик ‑ 1,32 млрд. лет. Определить присутствие калия в образце довольно легко: пары металла и его соединения окрашивают пламя в фиолетово-красный цвет. Спектр элемента довольно прост и доказывает наличие 1е на 4s-орбитали. Изучение его послужило одним из оснований для нахождения общих закономерностей в строении спектров.

В 1861 г. при исследовании соли минеральных источников спектральным анализом Роберт Бунзен обнаружил новый элемент. Его наличие доказывалось темно-красными линиями в спектре, которых не давали другие элементы. По цвету этих линий элемент и был назван рубидием (rubidus—темно-красный). В 1863 г. Р. Бунзен получил этот металл и в чистом виде восстановлением тартрата рубидия (виннокислой соли) сажей. Особенностью элемента является легкая возбудимость его атомов. Электронная эмиссия у него появляется под действием красных лучей видимого спектра. Это связано с небольшой разницей в энергиях атомных 4d и 5s-орбиталей. Из всех щелочных элементов, имеющих стабильные изотопы, рубидию (как и цезию) принадлежит один из самых больших атомных радиусов и маленький потенциал ионизации. Такие параметры определяют характер элемента: высокую электроположительность, чрезвычайную химическую активность, низкую температуру плавления (390C) и малую устойчивость к внешним воздействиям.

Открытие цезия, как и рубидия, связано со спектральным анализом. В 1860 г. Р.Бунзен обнаружил две яркие голубые линии в спектре, не принадлежащие ни одному известному к тому времени элементу. Отсюда произошло и название «цезиус» (caesius), что значит небесно-голубой. Это последний элемент подгруппы щелочных металлов, который ещё встречается  в измеримых количествах. Наибольший атомный радиус и наименьшие первые потенциалы ионизации определяют характер и поведение этого элемента. Он обладает ярко выраженной электроположительностью и ярко выраженными металлическими качествами. Стремление отдать внешний 6s-электрон приводит к тому, что все его реакции протекают исключительно бурно. Небольшая разница в энергиях атомных 5d- и 6s-орбиталей обусловливает легкую возбудимость атомов. Электронная эмиссия у цезия наблюдается под действием невидимых инфракрасных лучей (тепловых). Указанная особенность структуры атома определяет хорошую электрическую проводимость тока. Все это делает цезий незаменимым в электронных приборах. В последнее время все больше внимания уделяется цезиевой плазме как топливу будущего и в связи с решением проблемы термоядерного синтеза.

На воздухе литий активно реагирует не только с кислородом, но и с азотом и покрывается пленкой, состоящей из Li3N (до 75%) и Li2O. Остальные щелочные металлы образуют пероксиды (Na2O2) и надпероксиды (K2O4 или KO2).

Перечисленные вещества реагируют с водой:

Li3N + 3 H2O = 3 LiOH + NH3 ;

Na2O2 + 2 H2O = 2 NaOH + H2O2 ;

K2O4 + 2 H2O = 2 KOH + H2O2 + O2 .

Для регенерации воздуха на подводных лодках и космических кораблях, в изолирующих противогазах и дыхательных аппаратах боевых пловцов (подводных диверсантов) использовалась смесь «оксон»:

Na2O2+CO2=Na2CO3+0,5O2 ;

K2O4 + CO2 = K2CO3+ 1,5 O2 .

В настоящее время это стандартная начинка регенерирующих патронов изолирующих противогазов для пожарных.
Щелочные металлы реагируют при нагревании с водородом, образуя гидриды:

2Li+H2=2LiH.

Гидрид лития используется как сильный восстановитель.

Гидроксиды щелочных металлов разъедают стеклянную и фарфоровую посуду, их нельзя нагревать и в кварцевой посуде:

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O.

Гидроксиды натрия и калия не отщепляют воду при нагревании вплоть до температур их кипения (более 13000С). Некоторые соединения натрия называют содами:

а) кальцинированная сода, безводная сода, бельевая сода или просто сода – карбонат натрия Na2CO3;
б) кристаллическая сода – кристаллогидрат карбоната натрия Na2CO3.10H2O;
в) двууглекислая или питьевая – гидрокарбонат натрия NaHCO3;
г) гидроксид натрия NaOH называют  каустической содой или каустиком.

 

Определение щелочного металла, расположение в периодической таблице, свойства

Определение: что такое щелочные металлы

Щелочные металлы, также известные как семейство щелочных металлов, представляют собой группу из шести элементов, характеризующихся общими физическими и химическими свойствами, схожей электронной конфигурацией и общими периодическими тенденциями. Все щелочные металлы встречаются в природе, но, поскольку они обладают высокой реакционной способностью, они не встречаются свободно в чистом виде [1] .

Пример щелочного металла Натрий

Где находятся щелочные металлы в Периодической таблице

Они находятся в группе 1 (первый столбец слева) периодической таблицы.Все щелочные металлы находятся в s-блоке, поскольку электрон на внешней оболочке их атома (валентный электрон) находится на s-орбитали [2, 3]

Щелочные металлы на первичном столе

Почему они называются щелочными металлами

Когда элементы группы 1 реагируют с водой, все они образуют щелочные растворы. Итак, это семейство называется семейством щелочных металлов [4] .

Общие свойства и характеристики щелочных металлов

Физические свойства

Общие металлические свойства

  • Серебристого цвета с блестящим внешним видом [2]
  • Хорошая тепло- и электропроводность

Необычные неметаллические свойства, разделяемые элементами группы 1

  • Достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать пластиковым ножом при комнатной температуре [5]
  • Низкие температуры плавления и кипения [6]
  • Низкая плотность (Li, Na и K, достаточно легкие, чтобы плавать в воде)

Химические свойства

  • Все щелочные металлы обладают высокой реакционной способностью
Почему щелочные металлы настолько реактивны

Наличие одного валентного электрона (электрона на внешней оболочке их атома) делает все щелочные металлы очень реактивными при комнатной температуре и стандартном давлении .Им требуется мало энергии, чтобы потерять электрон и образовать положительно заряженные ионы (катионы) с зарядом +1.

Электронная конфигурация щелочных металлов

Эти элементы легко вступают в реакцию даже с кислородом воздуха с образованием оксидов, из-за которых их блестящая поверхность становится бледно-серой в считанные секунды, если их оставить на открытом воздухе [7] .

Как щелочные металлы реагируют с водой

Когда щелочной металл, например натрий (Na) вступает в контакт с водой, единственный валентный электрон покидает атом натрия, и в результате реакции образуются гидроксид и ионы натрия вместе с водородом [5] :

Na 2 + 2H 2 O -> H 2 + 2Na + + 2OH -

Ионы Na + и OH - довольно нестабильны в водном растворе, поэтому они образуют гидроксид натрия [4].Окончательное уравнение выглядит следующим образом:

Na 2 + 2H 2 O -> H 2 + 2NaOH

Примеры реакции некоторых других щелочных металлов с водой:

2K + 2H 2 O -> H 2 + 2KOH

2Li + 2H 2 O -> H 2 + 2LiOH

2Rb + 2H 2 O -> H 2 + 2RbOH

Тепло, образующееся в результате реакции, воспламеняет образующиеся атомы водорода, вызывая значительный взрыв [8] .

Периодические тенденции щелочных металлов

В нижнюю группу 1 периодической таблицы, которую вы перемещаете, для щелочных металлов очевидны следующие тенденции:

  • Понижение температуры плавления и кипения [4]
  • Увеличивающаяся плотность и вес , где Li - самый легкий, а Fr - самый тяжелый (хотя натрий и калий являются исключением, поскольку последний менее плотный, чем первый) [2]
  • Увеличение атомного радиуса
  • Повышение реакционной способности (из-за увеличения атомного радиуса легче выбить валентный электрон в элементах, расположенных ниже по группе, что делает Li наименее реактивным, а франций - наиболее реактивным щелочным металлом) [2]

Видео: реакционная способность и периодические тенденции щелочных металлов

Какие щелочные металлы используются для

Три верхних элемента группы, Li, Na и K, наряду с Cs, находят различное применение в различных отраслях промышленности, включая производство стекла, фотографию, производство оружия и взрывчатых веществ, а также аккумуляторы. Соединения натрия находят повседневное применение в пищевой промышленности. .Rb в основном используется в исследовательских целях [10] . Fr не имеет постоянного применения, так как редко встречается в природе [5] .

FAQ

1. Почему щелочные металлы хранятся в масле?

Отв. Поскольку щелочные металлы в чистом виде обладают высокой реакционной способностью, их необходимо хранить в масле, чтобы они не вступали в контакт с воздухом и водой [2] .

2. Какие щелочные металлы наиболее распространены?

Отв. Натрий и калий - самые распространенные щелочные металлы.

3. Почему водород не считается щелочным металлом?

Отв. Несмотря на наличие единственного электрона во внешней оболочке, водород (H) не считается щелочным металлом, потому что:

  • H не металл, это газ.
  • Он также гораздо менее реактивен, ему требуется больше энергии для высвобождения этого единственного электрона для образования положительно заряженных ионов.
  • H может также получить электрон, чтобы образовать отрицательно заряженные ионы, как элементы в галогенной группе [17] .

4. Чем отличаются щелочные металлы от щелочноземельных металлов?

Отв. Щелочноземельные металлы - это элементы 2 группы в периодической таблице. Несмотря на некоторое сходство в своих физических свойствах, они помещены в разные группы в основном потому, что щелочноземельные металлы имеют два электрона на внешней оболочке их атома. Поскольку потеря 2 электронов требует больше энергии, чем потеря одного, щелочноземельные металлы менее реактивны, чем щелочные металлы [13] .

5. Почему галогены и щелочные металлы могут образовывать ионы?

Отв. Имея 1 валентный электрон, щелочные металлы пытаются избавиться от него для достижения стабильности, в то время как галогены (например, хлор, бром, фтор и т. Д.) Имеют семь валентных электронов, то есть они пытаются получить еще 1 электрон, чтобы стать стабильными. В результате вместе они реагируют с образованием ионных соединений, таких как хлорид натрия (NaCl) и хлорид калия (Kcl) [14] .

6.Чем щелочные металлы отличаются от благородных газов?

Отв. Щелочные металлы имеют один электрон на своей внешней оболочке, в то время как все благородные газы (элементы 8 группы в периодической таблице, включая гелий, неон, аргон) имеют полную валентную зону без неспаренного электрона, который мог бы вызвать реакцию с другими молекулами [15] .

Интересные факты

  • Название группы щелочных металлов происходит от арабского слова «аль-кали», что означает «из пепла».Он был назван так потому, что большинство соединений Na и K были первоначально получены из древесной золы [16] .
  • Элементы этой группы имеют самую низкую энергию первой ионизации (минимальную энергию, необходимую для того, чтобы атом отдал электрон) в каждый период [12] .

Артикул:

  1. Определение щелочного металла (химия) - Thoughtco.com
  2. Щелочные металлы - Courses.LumenLearning.com
  3. Таблица Менделеева - ModelScience.com
  4. Группа 1 - Щелочные металлы ―BBC.com
  5. Элементы из щелочных металлов: свойства, характеристики и реакции - Study.com
  6. Точки плавления и кипения щелочных металлов - Embibe.com
  7. Объекты группы 1 - BBC.co.uk
  8. Информация о щелочных металлах - EHS.Stanford.edu
  9. Повседневное использование щелочных металлов - SchooledbyScience.com
  10. Щелочные металлы - ScienceClarified.com
  11. Щелочные металлы - Open.edu
  12. Щелочные металлы - Tutorvista.com
  13. Щелочные и щелочноземельные металлы - TechnologyUK.net
  14. Щелочные металлы - Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  15. Объясните, чем щелочные металлы отличаются от благородных газов? - Study.com
  16. Групповые тенденции: активные металлы - Mikeblaber.org
  17. Сходство водорода со щелочными металлами - Embibe.com
.

Общая характеристика соединений щелочных металлов - Учебный материал для IIT JEE

 


Оксиды и гидроксиды

Все щелочные металлы, их оксиды, пероксиды и супероксиды легко растворяются в воде с образованием соответствующих гидроксидов, которые являются сильными щелочами, например

  • 2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

  • Na 2 O + 2H 2 O → 2NaOH

  • Na 2 O 2 + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 O 2

  • 2KO 2 + 2H 2 O → 2KOH + H 2 O 2 + O 2

Таким образом, пероксиды и супероксиды также действуют как окислители, поскольку они реагируют с H 2 O с образованием H 2 O 2 и O 2 соответственно.

Гидроксиды всех щелочных металлов представляют собой белые кристаллические вещества. Они являются сильнейшими из всех оснований и легко растворяются в воде с выделением большого количества тепла.

Посмотрите это видео, чтобы получить дополнительную информацию

Основная прочность

  • Основная сила этих гидроксидов возрастает по мере продвижения вниз от группы Li к Cs.

  • Гидроксиды щелочных металлов ведут себя как сильные основания из-за их низкой энергии ионизации, которая уменьшается вниз по группе.

  • Уменьшение энергии ионизации приводит к ослаблению связи между металлом и гидроксид-ионом, а связь M - O в M - O - H может легко разорваться, давая M + и OH -.

  • Это приводит к увеличению концентрации гидроксильных ионов в растворе, т.е. к увеличению основных характеристик.


Растворимость и стабильность

Все эти гидроксиды хорошо растворимы в воде и термически стабильны, за исключением гидроксида лития.

2LiOH + Δ → Li 2 O + h3O


Образование солей с кислотами

Гидроксиды щелочных металлов, являясь сильнощелочными, реагируют со всеми кислотами с образованием солей.

Решенные примеры

Вопросы:

Назовите щелочной металл, который образует супероксиды при нагревании в избытке воздуха и почему?

Решение:

Калий образует супероксиды при нагревании в избытке воздуха.Это связано со стабилизацией катиона большого размера анионом большого размера.

K + O 2 → KO 2 (супероксид калия)

___________________________________________________

Вопросы:

Почему литий образует только оксид лития, а не пероксид или супероксиды?

Решение:

Из-за небольшого размера лития он имеет сильное положительное поле вокруг себя.В сочетании с оксидным анионом (O 2–) положительное поле иона лития ограничивает распространение отрицательного заряда по направлению к другому атому кислорода и, таким образом, предотвращает образование высших оксидов.


Галогениды щелочных металлов

Щелочные металлы соединяются непосредственно с галогенами в соответствующих условиях с образованием галогенидов общей формулы MX. Эти галогениды также могут быть получены действием водных галогенов кислот (HX) на оксиды, гидроксиды или карбонаты металлов.

  • M 2 O + 2HX → 2MX + H 2 O

  • MOH + HX → MX + H 2 O

  • M 2 CO 3 + 2HX → 2MX + CO 2 + H 2 O (M = Li, Na, K, Rb или Cs)

  • (X = F, Cl, Br или I)

Все эти галогениды представляют собой бесцветные, высокоплавкие кристаллические вещества с высокими отрицательными энтальпиями образования.

Стандартные энтальпии образования в (кДж / моль-1)

Элемент

МФ

MCl

МБр

MI

Ли

-612

-398

-350

-271

Na

-569

-400

-360

-288

К

-563

-428

-392

-328

руб.

-549

-423

-389

-329

CS

-531

-424

-395

-337

Значение уменьшается в порядке:

Фторид> Хлорид> бромиды> Йодид

Таким образом, фториды являются наиболее стабильными, а йодиды - наименее стабильными.

Тенденции изменения температур плавления, кипения и растворимости галогенидов щелочных металлов можно понять с точки зрения эффектов поляризации, энергии решетки и гидратации ионов.


Эффекты поляризации

Сравнение ионного и ковалентного характера галогенидов щелочных металлов. Когда катион приближается к аниону, электронное облако аниона притягивается к катиону и, следовательно, искажается. Этот эффект называется поляризацией. Способность катиона поляризовать анион называется его поляризационной способностью, а тенденция аниона к поляризации называется его поляризуемостью.Чем больше поляризация, тем больше концентрация электронов между двумя атомами, тем самым уменьшая ионный характер или увеличивая ковалентный характер. Ковалентный характер любого соединения в целом зависит от следующих факторов.

Чем меньше катион, тем выше его поляризационная способность и, следовательно, больше ковалентный характер. Ковалентный характер уменьшается с увеличением размера катиона.

LiCl> NaCl> KCl> RbCl> CsCl

Таким образом, LiCl более ковалентен, чем KCl.

Чем крупнее анион, тем больше его поляризуемость. Это объясняет ковалентный характер галогенидов лития порядка

LiI> LiBr> LiCl> LiF

Чем больше заряд катиона, тем больше его поляризующая сила и, следовательно, больше ковалентный характер. Ковалентный характер некоторых галогенидов возрастает на

Na + Cl - +2 Cl 2 +3 Cl 3

Чем выше заряд аниона, тем легче он поляризуется, тем самым придавая более ковалентный характер образованному соединению, например, ковалентный характер увеличивается на порядок

NaCI 2 SO 4 3 PO 4

Таким образом, ковалентный характер уменьшается по мере уменьшения заряда аниона.

Если два катиона имеют одинаковый заряд и размер, то катион с конфигурацией псевдоблагородного газа, т.е. имеющий 18 электронов во внешней оболочке, имеет большую поляризационную способность, чем катион с конфигурацией благородного газа, т.е. имеющий 8 электронов. Например, CuCl более ковалентен, чем NaCl.


Энергия решетки

Энергия решетки определяется как количество энергии, необходимое для разделения одного моля твердого ионного соединения на его газообразные ионы. Очевидно, что чем больше энергия решетки, тем выше температура плавления галогенида щелочного металла и ниже его растворимость в воде

Соединение

Энергия решетки

Гидратация * энергия

Растворимость

Температура плавления

LiCl

-845

-876

63.7

887

NaCl

-770

-776

35,7

1084

KCl

-703

-700

34.7

1039

RbCl

-674

-680

77,0

988

CsCl

-644

-646

162

925

NaF

-893

-919

4.22

1261

NaCl

-770

-776

35,7

1028

NaBr

-730

-745

116

1084

NaI

-685

-685

184

944

LiF

-1005

-1019

0.27

1115

CsI

-582

-670

44,0

1115

Hydration Energy

Это количество энергии, высвобождаемой при соединении одного моля газообразных ионов с водой с образованием гидратированных ионов.

  • M + (г) + водный раствор → M + (водный раствор) + энергия гидратации

  • X - (г) + вод. → X - (вод.) + Энергия гидратации

  • Чем выше энергия гидратации ионов, тем выше растворимость соединения в воде.

  • Кроме того, степень гидратации зависит от размера ионов.Чем меньше размер иона, тем больше он гидратирован и, следовательно, больше его гидратированный ионный радиус и меньше его ионная подвижность (проводимость).

  • Из приведенных выше аргументов можно объяснить температуру плавления и растворимость в воде или органическом растворителе галогенидов щелочных металлов.

  • Тонкий баланс между энтальпией решетки и энтальпией гидратации определяет предельную растворимость соединения в воде. Например,Низкая растворимость LiF (0,27 г / 100 г h3O) обусловлена ​​его высокой энергией решетки (-1005 кДжмоль -1 ), тогда как низкая растворимость CsI (44 г / 100 г h3O) обусловлена ​​меньшей энергией гидратации двух ионов. (-670 кДж / моль). Растворимость большинства галогенидов щелочных металлов, за исключением галогенидов фторидов, снижается при спуске по группе, поскольку уменьшение энергии гидратации больше, чем соответствующее уменьшение энергии решетки.

  • Из-за небольшого размера и высокой электроотрицательности галогениды лития, за исключением LiF, являются преимущественно ковалентными и, следовательно, растворимы в ковалентных растворителях, таких как спирт, ацетон, этилацетат, LiCl также растворим в пиридине.В отличие от NaCl, будучи ионным, не растворяется в органических растворителях.

  • Благодаря высокой энергии гидратации иона Li + галогениды лития растворимы в воде, за исключением LiF, который плохо растворяется из-за высокой энергии решетки.

  • Для того же щелочного металла температура плавления уменьшается в следующем порядке: фторид> хлорид> бромид> иодид, поскольку для того же иона щелочного металла энергия решетки уменьшается с увеличением размера иона галогенида.

  • Для одного и того же галогенид-иона точки плавления галогенидов лития ниже, чем у соответствующих галогенидов натрия, и после этого они уменьшаются по мере продвижения вниз по группе от Na к Cs.

  • Низкая температура плавления LiCl (887 K) по сравнению с NaCl, вероятно, связана с тем, что LiCl является ковалентным по своей природе, а NaCl - ионным.

Решенный пример

Вопрос:

Почему галогениды щелочных металлов растворимы в воде?

Решение:

Галогениды щелочных металлов растворимы в воде из-за их высокой ионной природы и низкой энергии решетки.


Соли оксокислот

Поскольку щелочные металлы обладают высокой электроположительностью, их гидроксиды являются очень сильными основаниями и, следовательно, образуют соли со всеми оксокислотами (H 2 CO 3 , H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , HNO 3 , HNO 2 и т. Д.). Обычно они растворимы в воде и устойчивы к нагреванию. Карбонаты (M 2 CO 3 ) щелочных металлов чрезвычайно стабильны до 1273 К, выше которых они сначала плавятся, а затем в конечном итоге разлагаются с образованием оксидов.Li 2 CO 3 , однако значительно менее стабилен и легко разлагается.

Li 2 CO 3 + Δ → Li 2 O + CO 2

Предположительно, это связано с большой разницей в размерах между Li + и CO 2 -3 , что делает кристаллическую решетку нестабильной.

Щелочные металлы, будучи сильноосновными, также образуют твердые бикарбонаты. Никакие другие металлы не образуют твердых бикарбонатов, за исключением бикарбоната NH 4 HCO 3 , хотя он существует в растворе.Все это тоже существует в твердом виде. Литий, однако, не образует твердого вещества

2MHCO 3 → M 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

Все карбонаты и бикарбонаты растворимы в воде, и их растворимость быстро увеличивается при спуске по группе. Это связано с тем, что при движении вниз по группе энергии решетки уменьшаются быстрее, чем их энергия гидратации.

Решенный пример

Вопрос:

Завершите и сбалансируйте следующее:

LiNO 3 + тепло →

NaNO 3 + тепло →

Решение:

4LiNO 3 → 2Li 2 O + 4NO 2 + O 2

2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2


Некоторые другие соединения щелочных металлов


Бикарбонат натрия

Концентрированный раствор карбоната натрия абсорбирует CO 2 с образованием труднорастворимого бикарбоната натрия.

Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O → 2NaHCO 3

Свойства бикарбонатов натрия


Бикарбонат калия

Его получают путем абсорбции CO 2 во влажном карбонате калия с последующей сушкой продукта на пористой пластине.

К 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 → 2KHCO 3

Свойства бикарбонатов калия

KHCO3 похож на NaHCO 3 , но гораздо лучше растворяется в воде.Раствор сильно щелочной из-за гидролиза.

KHCO 3 + H 2 O → KOH + H 2 CO 3


Хлорид натрия (NaCl)

Его также называют поваренной солью, в большом количестве встречается в природе в виде каменной соли или галита. Самый распространенный источник - морская вода, где хлорид натрия присутствует в количестве 2,6 - 2,9 процента. Морская вода подвергается воздействию солнца и воздуха в больших неглубоких ямах. Постепенное испарение воды, приводящее к кристаллизации соли.Очистка осуществляется путем растворения соли в минимальном объеме воды и фильтрации, если необходимо, для удаления нерастворимых примесей. Затем раствор насыщают потоком сухого хлористого водорода, в результате чего отделяются кристаллы чистого хлорида натрия.

Свойства хлорида натрия
  • NaCl - бесцветная кристаллическая соль, практически не растворимая в спирте и хорошо растворимая в воде.

  • Образует HCl при нагревании с конц.H 2 SO 4 и Cl 2 , с MnO 2 плюс H 2 SO 4 .

NaCl + H 2 SO 4 → NaHSO 4 + HCl ↑

NaHSO 4 + NaCl → Na 2 SO 4 + HCl ↑

2NaCl + MnO 2 + 2H 2 SO 4 → MnSO 4 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O + Cl 2


Хлорид калия

KCl получают из плавленого карналлита - почти чистый KCl отделяется от расплава, оставляя плавленый MgCl 2 .

KCl, MgCl 2 × 6H 2 O → KCl + MgCl 2 × 6H 2 O

Свойства хлорида калия

Бесцветный кристалл кубической формы, растворимый в воде. Его растворимость увеличивается почти линейно с температурой.


Сульфат натрия, Na 2 SO 4

Безводную соль, известную как соляной кек, получают в промышленных масштабах путем сильного нагревания хлорида натрия с конц.серная кислота.

NaCl + H 2 SO 4 → NaHSO 4 + HCl ↑

NaCl + NaHSO 4 → Na 2 SO 4 + HCl ↑

Глауберова соль или гидратированный сульфат натрия, Na 2 SO 4 × 10H 2 O получают из соленой лепешки путем кристаллизации из воды при температуре ниже 32 ° C. Эта температура представляет собой температуру перехода для Na 2 SO 4 и Na 2 SO 4 .10Н 2 О.

Бесцветная соль, кристаллизующаяся в больших моноклинных призмах. Он очень хорошо растворяется в воде.


Сульфат калия, K 2 SO 4

Получается при сильном нагревании хлорида калия с конц. H 2 SO 4

KCl + H 2 SO 4 → KHSO 4 + HCl

KCl + KHSO 4 → K 2 SO 4 + HCl

Бесцветная кристаллическая соль, т. Пл.п. 1070 ° С. Он менее растворим в воде, чем сульфат натрия, и не имеет гидрата, как последний.

Вопрос 1: Na 2 O + H 2 O →

а. NaOH

г. Na 2 O 2

г. NaO

г. Na 2 O

Вопрос 2: Какие из следующих щелочных металлов не образуют стабильный оксид?

а. Ли

г. Na

г. K

г.

руб.

Вопрос 3: Какой из следующих галогенидов имеет самую высокую энтальпию решетки?

а. NaCl

г. LiCl

г. KCl

г. RbCl

Вопрос 4: Для того же щелочного металла температура плавления галогенидов уменьшается на порядок

.

а. хлорид> бромид> йодид> фторид

г. хлорид> фторид> бромид> йодид

г. фторид> хлорид> бромид> йодид

г.бромид> фторид> хлорид> йодид


Связанные ресурсы

Чтобы узнать больше, купите учебные материалы по элементам S-Block, включая учебные заметки, заметки о пересмотрах, видеолекции, решенные вопросы за предыдущий год и т. Д. Также просмотрите дополнительные учебные материалы по химии здесь.


Особенности курса

  • 731 Видео-лекции
  • Примечания к редакции
  • Документы за предыдущий год
  • Интеллектуальная карта
  • Планировщик исследования
  • Решения NCERT
  • Обсуждение Форум
  • Тестовая бумага с видео-решением

.

Кислоты, щелочи и шкала pH - сложный процент

Нажмите для увеличения

Шкала pH - это то, с чем мы все знакомы; большинство людей помнят это из школьных уроков химии. Это шкала, используемая для определения того, насколько сильна кислота (или щелочь) в растворе. Цвета, связанные с каждым числом, соответствуют цвету универсального индикатора в растворах с определенным pH. Однако значительная часть людей, вероятно, не знает химического состава шкалы pH - откуда именно берутся эти числа?

На самом деле подсказки частично скрыты в названии весов.«H» в значении pH означает водород. На простом уровне шкалу pH можно рассматривать как ранжирование количества ионов водорода в растворе: чем больше ионов водорода, тем ниже значение pH. «P» в значении pH, по крайней мере для химиков, означает математическую операцию «-log 10 ». Тогда pH просто равен -log 10 [H + ], где [H + ] - это концентрация ионов водорода в конкретном растворе. (Обратите внимание, что, строго говоря, мы обычно использовали H 3 O + для обозначения ионов водорода, так как это форма, которую они принимают в растворах.Однако для простоты мы продолжим использовать здесь H + ).

Глядя на график выше, вы можете видеть, что увеличение pH на одну точку фактически означает десятикратное уменьшение концентрации ионов водорода в растворе. Масштаб - это так называемая логарифмическая шкала. Зачем вообще нам нужны эти математические манипуляции? Что ж, очевидно, что намного проще указать одно число, говоря о кислотности (или щелочности) раствора, чем указать концентрацию многозначных ионов водорода.Значение pH точки на 7 означает нейтральный раствор (ни кислый, ни щелочной). Любой pH ниже 7 является кислым, в то время как любой pH выше 7 называется щелочным.

Молекулы воды имеют химическую формулу H 2 O. Однако эти молекулы способны слегка расщепляться в растворе, в ионах H + и OH - (гидроксид). В нейтральном растворе концентрации этих двух ионов равны. Однако добавление кислоты или щелочи может привести к их изменению. Кислоты являются источником ионов водорода, и добавление их в воду увеличивает концентрацию ионов водорода в растворе, снижая концентрацию гидроксид-ионов.Для щелочей все наоборот: они уменьшают концентрацию ионов водорода, одновременно увеличивая концентрацию гидроксид-ионов.

Многие люди не понимают, что pH зависит от температуры. Строго говоря, чистая вода имеет pH только 7 при «комнатной температуре» (25˚C). Выше и ниже этой температуры она может варьироваться: например, при 100 ° C pH чистой воды составляет 6,14, а при 0 ° C - 7,47. Это не означает, что чистая вода становится кислой или щелочной, но что при этих температурах эти конкретные значения pH представляют собой нейтральную точку.В качестве примечания также стоит отметить, что шкала pH не ограничивается обычным диапазоном 0–14, показанным здесь - некоторые сильные кислоты и щелочи могут выходить за пределы этого диапазона, иметь отрицательные значения pH или значения выше 14.

Еще одно распространенное заблуждение о pH касается человеческого тела. Такие диеты, как щелочная диета, утверждают, что можно повлиять на значение pH вашего тела, изменив свой рацион, включив в него «подщелачивающие» продукты, которые делают pH вашего тела более щелочным. Хотя то, что на самом деле предлагается, диета, богатая фруктами и овощами, ни в коем случае не является нездоровой, то, что вы едите, практически невозможно изменить pH вашего тела.Я не буду вдаваться в подробности, поскольку Кэт из блога The Chronicle Flask уже проделала отличную работу по опровержению щелочных диет, но стоит повторить несколько ключевых моментов.

Значение pH желудка может варьироваться от 1,5 до 3,5 по шкале pH. Однако это не влияет на pH нашего тела или, точнее, на нашу кровь. Человеческая кровь всегда имеет слабощелочной pH в диапазоне 7,35-7,45. Если бы мы могли целенаправленно изменять pH крови за пределами этого небольшого диапазона, мы действительно могли бы нанести себе большой вред; даже изменение pH на 0.5 в любом случае может привести к необратимому повреждению клеток. К счастью, пища, которую мы едим, практически не влияет на pH крови.

То, что мы едим может повлиять на pH нашей мочи. PH мочи имеет среднее значение около 6, но может колебаться от 4,5 до 8. Однако, хотя вы можете хоть немного повлиять на pH мочи с помощью своего рациона, это не связано с pH вашей крови; это остается в ранее указанном диапазоне, независимо от любого изменения pH мочи.

Двигаясь дальше, и пока мы говорим о кислотах, стоит поговорить о силе кислот.Строго говоря, сложно разместить определенные химические соединения в определенных точках шкалы pH, поскольку их положение меняется в зависимости от концентрации. Концентрация - это мера того, сколько вещества растворено в растворе. Если у нас есть много кислоты, растворенной в относительно небольшом количестве воды, мы бы сказали, что у нас есть раствор с высокой концентрацией. Точно так же, если бы у нас было очень мало кислоты, растворенной в большом количестве воды, у нас был бы раствор с низкой концентрацией.

Поскольку концентрацию растворов можно легко варьировать, растворы с различной концентрацией одной и той же кислоты могут иметь разные значения pH.Однако некоторые кислоты сильнее других. Соляная кислота, та же кислота, что содержится в желудочной кислоте, является сильной кислотой, поскольку она может легко расщепляться на составляющие ионы. С другой стороны, уксусная кислота, содержащаяся в уксусе, является сравнительно слабой кислотой - она ​​нелегко расщепляется на составляющие ионы. Другой пример слабой кислоты - плавиковая кислота; Вопреки тому, во что заставляют вас поверить одно популярное телешоу на химическую тему, на самом деле это довольно слабая кислота, которая определенно не может растворять тело.Однако это неприятное соединение по разным причинам. Мы можем ранжировать кислоты по их силе (или тому, насколько легко они распадаются на составляющие ионы), но это тема для другой статьи!

Понравились этот пост и изображение? Подумайте о поддержке сложного процента на Patreon и получайте предварительные просмотры будущих публикаций и многое другое!

Изображение в этой статье находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Международная лицензия. См. Рекомендации по использованию содержания сайта.

Ссылки и дополнительная литература

.

Определение и место в периодической таблице

Определение: что такое щелочноземельные металлы

Щелочноземельные металлы - это группа высокореактивных элементов, расположенных рядом с группой щелочных металлов. Хотя все щелочные металлы встречаются в природе, их высокая реакционная способность не позволяет им встречаться свободно или в чистом виде [1, 2] .

Где находятся щелочноземельные металлы в Периодической таблице

Они принадлежат к Группе 2 (следующей за группой щелочного металла) в периодической таблице, где все щелочные металлы находятся в s-блоке [3, 4] .

Щелочно-земельные металлы периодической таблицы

Примеры щелочноземельных металлов

Почему их называют щелочноземельными металлами

Щелочные металлы названы так потому, что при смешивании с водой они образуют растворы с pH выше 7 и «основными» или «щелочными» свойствами [5] . Кроме того, они находятся в земной коре и не подвержены воздействию огня или тепла [6] .

Общие свойства и характеристики щелочноземельных металлов

Физические свойства

  • Блестящий, серебристо-белый цвет
  • Низкая плотность
  • Низкие температуры кипения и плавления [1]

Химические свойства

  • Все щелочноземельные металлы обладают высокой реакционной способностью, хотя и не так сильно, как щелочные металлы [5] .
  • При контакте с водой все они сильно реагируют с образованием щелочных гидроксидов (исключение составляет бериллий, поскольку он не реагирует с водой).
  • Элементы группы 2 обычно образуют электровалентные или ионные связи в реакциях с другими элементами (опять же, Be является исключением, поскольку он образует ковалентные связи) [5]
  • Все они реагируют с галогенами и образуют галогенидные соединения [2]

Почему щелочноземельные металлы настолько реактивны

Энергия, необходимая для того, чтобы атом отдать электроны в своей внешней оболочке (валентные электроны), является энергией ионизации элемента.Чем ниже энергия ионизации, тем более реактивный элемент. Поскольку все щелочные металлы имеют только два валентных электрона, требуется небольшая энергия, чтобы заставить их отдать эти электроны с образованием катионов (2+), что приводит к высокой реакционной способности [7] .

Бериллий (Be) не реагирует с водой из-за своего небольшого атомного размера и относительно высокой энергии ионизации [8] .

Реакция с водой

Щелочные металлы реагируют с водой при комнатной температуре с образованием почти нерастворимых в воде гидроксидов вместе с ионами водорода с образованием основного раствора [8] .Вот как уравнение выглядит для реакции между кальцием и водой:

Ca + 2H 2 O ⟶ Ca (OH) 2 + H 2

Реакция с кислородом

Все шесть элементов группы 2 реагируют с кислородом с образованием оксидов, хотя и не так легко, как элементы группы 1. Реакция требует тепла. Следующее уравнение показывает, как магний (Mg) будет реагировать с кислородом (O 2 )

2Mg + O 2 ⟶ 2MgO

Щелочноземельных металлов используется

Be и Mg широко используются в производстве сплавов, используемых в промышленных конструкциях, включая жаропрочные заводские инструменты, а также детали автомобилей и самолетов.Ba находит применение в различных медицинских и диагностических процедурах, таких как рентген и МРТ (бариевая пища). Наиболее важное применение Sr - это производство фейерверков, поскольку он помогает создавать красочные вспышки. Помимо радия, щелочноземельные металлы также используются в лампах-вспышках и батареях.

Радий, являясь высокорадиоактивным элементом, в настоящее время не имеет промышленного применения. Ранее он использовался в светящихся красках и циферблатах часов [1, 9] .

Роль щелочноземельных металлов в биологических системах

Mg и Ca играют жизненно важную функциональную и структурную роль в физиологии растений и животных, причем Mg присутствует в молекулах хлорофилла, в то время как Ca является одним из основных компонентов костей.Кроме того, SR необходим для выживания ряда морских существ, в первую очередь различных твердых кораллов, поскольку этот элемент помогает формировать их экзоскелеты [1, 5] .

FAQ

Q 1. Какой щелочноземельный металл самый легкий?

Отв. Бериллий - самый легкий элемент в этом семействе, имеющий наименьший атомный радиус.

Q 2. Какой щелочноземельный металл самый тяжелый?

Отв. Радий - самый тяжелый щелочноземельный металл с наибольшим атомным радиусом [10]

3 квартал.Какие щелочноземельные металлы наиболее распространены?

Отв. Кальций и магний - самые распространенные щелочноземельные металлы

Q 4. Каковы основные различия между щелочноземельными металлами и щелочными металлами?

Отв. Щелочные и щелочноземельные металлы обладают некоторыми схожими физическими свойствами, но главное различие между ними - количество валентных электронов. Щелочноземельные металлы имеют два валентных электрона, тогда как щелочные металлы имеют только один.Это делает первый менее реактивным, чем второй [11] .

Интересные факты

  • Щелочноземельные металлы представляют собой семейство наиболее реактивных элементов после щелочных металлов [5] .
  • Первый и последний элементы группы 2, Be и Ra, токсичны для живых организмов [1] .
  • Все шесть элементов образуют цветное пламя при горении: ярко-белое для бериллия и магния, красный для кальция и радия, малиновый для стронция и зеленый для бария.
  • Известно, что четыре из шести щелочноземельных элементов были впервые выделены английским химиком сэром Хамфри Дэви [2] .

Артикул:

  1. Щелочноземельные металлы - Courses.lumenlearning.com
  2. Щелочноземельные металлы - Ducksters.com
  3. Элементы S-блока в Периодической таблице: свойства и обзор - Study.com
  4. Элементы группы 2: щелочноземельные металлы - Chem.libretexts.org
  5. Направление во вторую группу - Chem4kids.com
  6. Физические свойства щелочноземельных металлов - Classnotes.org.in
  7. Щелочноземельные металлы: определение, свойства и характеристики - Study.com
  8. Реакции элементов основной группы с водой - Chem.libretexts.org
  9. Повседневное использование щелочноземельных металлов - Schooledbyscience.com
  10. Самый тяжелый щелочноземельный металл - Guinnessworldrecords.com
  11. Щелочные и щелочноземельные металлы - Technologyuk.net
.

Смотрите также