|
К щёлочям относят: Гидроксиды щёлочных металлов (щелочные металлы — это литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций, унуненний). Гидроксиды щёлочноземельных металлов (кальций, стронций, барий, радий). Основания, которые хорошо растворяются в воде, относятся к щёлочям. В частности, к ним можно отнести вещества: NaOH (гидроксид натрия, едкий натр) Ba(OH)2 (гидроксид бария, едкий бариат) KOH (гидроксид калия) и др. Взаимодействие с кислотами: Это основное свойство щелочей, данную реакцию называют реакцией нейтрализации. В её результате образуется соль и вода. Fe(OH)3 + 3HCL = FeCl3 + H2O. За прохождением реакций можно наблюдать по изменениям окраски индикаторов. Применение: В медицине, в различных сферах промышленности (сельское хозяйство — в качестве производства удобрений, рыболовство — очистка прудов), в качестве электролита. автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
spring948374 5 лет назад Щелочами называются растворимые в воде основания металлов. Металлы эти так и называют: щелочные, щелочноземельные. Это калий, кальций, барий, натрий, литий, цезий, рубидий, магний и другие. Примеры щелочей: гидроксид натрия (едкий натр), гидроксид калия (едкое кали, каустический поташ), гидроксид кальция. Щёлочи нейтрализуются кислотами, в результате реакции остаётся соль металла и вода.
Щелочью можно определить как основание, которое растворяется в воде. Например, гидроксид натрия, гидроксид калия и карбонат натрия являются щелочами. Щелочные вещества различаются по своей силе действия. Большая часть щелочных веществ являются токсичными, некоторые из них могут вызывать коррозию, а некоторые могут раздражать кожу и глаза. Более сильные щелочи могут вызывать ожоги, а в случае проглатывания — смерть или внутренние травмы. Основываясь на силе воздействия, щелочи могут быть: Мягкие — пример мягкой щелочи — пищевая сода (бикарбонат натрия) Умеренные — типичные примеры мягких щелочей включают домашний аммиак, буру и тринатрийфосфат Очень сильные — наиболее часто встречаются сильные щелочи — стиральная сода (карбонат натрия) и щелочь (каустическая сода).
По определению, щёлочь — это растворимое основание. То есть если основание не растворимо в воде, то это не щелочь. Пример нерастворимых оснований — гидроксид железа Fe(OH)3, гидроксид меди Cu(OH)2 и многие другие. Примеры растворимых оснований: гидроксид натрия (едкий натр, каустическая сода) NaOH, гидроксид калия (историческое название — едкое кали) КОН, гидроксид лития LiOH, гидроксиды рубидия и цезия RbOH и CsOH, гидроксид бария Ва(ОН)2, гидроксид одновалентного таллия TlOH; более слабые щелочи — гидроксиды стронция Sr(OH)2 и гидроксид кальция Са(ОН)2. К щелочам относят также гидроксид аммония (водный раствор аммиака) NH4OH, который существует только в растворе. Условно к щелочам можно отнести карбонаты щелочных металлов, например, соду Na2CO3. Водные растворы всех щелочей характеризуются высокой концентрацией гидроксид-анионов ОН-. Гидроксиды щелочных металлов называют также едкими щелочами. Все щелочи разрушают кожу, поэтому они не должны на нее попадать. Особенно опасно попадание щелочи в глаза.
Zolotynka 5 лет назад Существует четкая градация веществ, в зависимости от содержания в них рН. Так, вещества с рН 7 называют нейтральными, с рН выше 7 — щелочными, ниже — кислотами. Все щелочи являются основаниями и растворимы в воде, однако не все основания — щелочи. Основания представляет собой вещества, которые нейтрализует кислоту. Так, например, оксиды и гидроксиды металлов реагируют с кислотами и образуют нейтральные вещества. Когда щелочи добавляют к кислоте, рН смеси повышается, образуя нейтральные продукты. Реакция, в результате которой кислотность или щелочность нейтрализуется, называется нейтрализацией. Примерами щелочей могут быть: отбеливатель, мыльная вода, аммиак, разрыхлитель, морская вода и т.д.
Maria Muzja 5 лет назад Скорее всего, такой вопрос может заинтересовать школьников и студентов, давайте разберемся. Щелочь — это в химии, растворимое в воде сильное основание, которое создает в водном растворе очень большую концентрацию ионов «ОН», это «гидроксид» какого-то из щелочно-земельных/щелочных металлов.
Слово произошло от слова «щелок».
Еще можно так сказать, что это электролиты, которые диссоциируются в водных растворах на катионы металла/гидроксид анионы.
Nelli4ka 6 лет назад К щелочам относят сильные основания, которые весьма хорошо растворяются в воде, при этом реакция сопутствует с выделением тепла. Такими основаниями являются гидроксиды металлов I а и II а подгрупп периодической системы. Формула вещества формируется из двух компонентов: собственно, наименования металла и гидроксогруппы OH. Щелочь способна нейтрализовать кислоту, при этом выделяется вода и соль.
moreljuba 6 лет назад Под таким понятием как «щёлочи» имеются ввиду растворяемые в воде и в тоже время сильные основания, которые способны создавать в водных растворах огромную концентрацию ионов ОН-. К щёлочам можно отнести: 1) Гидроксиды так называемых щелочных металов, например, это калий, натрий, литий; 2) Гидроксиды так назваемых щёлочноземельных металлов, например, это кальций, радий, стронций. Ещё:
владсандрович 6 лет назад Под словом щелочь, понимают как металлы, так и химические основания в целом. Если щелочь, отображается не в металле, а в каком либо химическом образовании, то как правило, его чертой является то, что эта субстанция, хорошо растворяется в воде. Что касается металлов, то все они входят, в две под группы, LA LLA, таблице Менделеева:
Donfalcon 5 лет назад Щелочь — это химическое соединение, так называемые гидроксиды металлов. Химическая формула щелочей состоит из атома щелочного или щелочноземельного металла и гидроксигруппы обозначаемой ОН. Примерами щелочей являются гидроксид лития — LiOH, гидроксид натрия — NaOH. Знаете ответ? |
Щелочи: определение, химические свойства, методы получения
Материал по химии
Оглавление
- Как связаны щелочи с основаниями?
- Чем отличаются щёлочи от остальных оснований?
- Как определить, является ли основание растворимым, то есть щелочью, если его нет в таблице растворимости?
- Физические свойства щелочей
- Химические свойства щелочей
- Получение щелочей
Как связаны щелочи с основаниями?
Щелочи – это небольшая группа неорганических веществ, относящихся к основным гидроксидам или основаниям. Для начала разберемся, какие вещества можно называть основаниями. Основания – это вещества, содержащие гидроксо-группу (‒OH), которая в неорганической химии (в случае с основаниями) пишется в конце молекулы, например: NaOH, Fe(OH)2, Ba(OH)2, но это определение не точное, ведь Fe(OH)3 и Zn(OH)2 имеют сходную формулу, однако, основаниями не являются. Точнее будет сказать, что основания – это гидроксиды, в которых металл находится в степени окисления «+1» или «+2» (кроме цинка и бериллия, образующих в степени окисления «+2» амфотерные оксиды и гидроксиды).
Таблица 1. – Основания и амфотерные гидроксиды
|
Это основания: |
Это НЕ основания: |
|
NaOH KOH Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2 |
Al(OH)3 Fe(OH)3 Cr(OH)3 Zn(OH)2 Be(OH)2 |
|
Потому что содержат металл в степени окисления «+1» или «+2» |
Так как в этой группе есть гидроксиды, имеющие металл в степени окисления «+3», и два исключения — Zn(OH)2 и Be(OH)2. Все приведенные выше вещества являются амфотерными гидроксидами, а не основаниями |
Подробнее об отличиях понятий «гидроксиды» и «основания» можно прочитать в статье «Классификация гидроксидов и оснований»
Кроме отличий в степени окисления, основания и амфотерные гидроксиды отличаются так же по реакционной способности. Так, амфотерные гидроксиды могут реагировать как с кислотами, так и с основаниями, а основания могут реагировать с кислотами, но не могут реагировать с другими основаниями. Подробнее о химических свойствах амфотерных гидроксидов можно прочитать в статье «Амфотерные гидроксиды. Получение, химические свойства, образование средних и комплексных солей»
Чем отличаются щёлочи от остальных оснований?
Основания можно разделить на две группы: растворимые и нерастворимые. Растворимые иначе называют щелочами. То есть щелочи – это растворимые основания (растворимые основные гидроксиды).
Таблица 2. – Основания и щёлочи
|
Щелочи (растворимые основания) |
Остальные основания (нерастворимые основания) |
|
NaOH KOH Ba(OH)2 |
Mg(OH)2 Fe(OH)2 Ni(OH)2 |
Место щелочей в классификации гидроксидов
Щелочи – растворимые основания
Как определить, является ли основание растворимым, то есть щелочью, если его нет в таблице растворимости?
В состав щелочей входят металлы IА-группы Периодической Системы Д. И. Менделеева, а также кальций, стронций и барий.
Полный список щелочей:
NaOH – гидроксид натрия, едкий натр, гидроокись натрия, каустическая сода
KOH – гидроксид натрия, едкое кали, гидроокись калия
LiOH – гидроксид лития, гидроокись лития
CsOH – гидроксид цезия, гидроокись цезия
FrOH – гидроксид франция, гидроокись франция
RbOH – гидроксид рубидия, гидроокись рубидия
Ba(OH)2 – гидроксид бария, едкий барий, баритовая вода
Ca(OH)2 – гидроксид кальция, гашеная известь, известковое молоко, известковая вода.
Sr(OH)2 – гидроксид стронция
Остальные основания считаем нерастворимыми (кроме аммиака, образующего гидрат аммония, являющегося хоть и растворимым, но нестойким соединением). Гидроксид аммония, образующийся при пропускании аммиака через воду, можно представить в виде формулы NH4OH (лучше NH3·H2O – гидрат аммония) является растворимым (раствор называют нашатырным спиртом), однако щелочью это вещество не является.
Гидроксид лития и гидроксид кальция растворяются не так хорошо, как другие основания, но все равно считаются щелочами.
Задание в формате ЕГЭ с ответом:
Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой, к которому(-ой) это вещество принадлежит: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
- Ga(OH)3
- RbOH
- Cr(OH)2
- щелочь
- нерастворимое основание
- амфотерный гидроксид
Комментарий к заданию: Галлий, в представленном гидроксиде, имеет степень окисления +3, поэтому он относится к группе амфотерных гидроксидов. Гидроксид рубидия – щелочь, так как рубидий – элемент IА-группы. Гидроксид хрома – нерастворимое основание, так как хром в степени окисления +2 не является амфотерным, и не относится к щелочным или щелочноземельным металлам, поэтому не может образовать щелочь.
Пример задания из КИМ ЕГЭ:
Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой, к которому(-ой) это вещество принадлежит: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
- Sr(OH)2
- Zn(OH)2
- Fe(OH)2
- щелочь
- нерастворимое основание
- амфотерный гидроксид
Комментарий к заданию: Стронций является щелочноземельным металлом (металлы IIА-группы, кроме магния и бериллия, образуют растворимые гидроксиды), поэтому образует щелочь. Гидроксид цинка вместе с гидроксидом бериллия входят в группу исключений и, несмотря на вторую валентность, образуют амфотерные гидроксиды. Гидроксид железа нерастворим и не входит в группу амфотерных веществ, он является нерастворимым основанием.
Щёлочи, являясь сильными основаниями, диссоциируют в воде очень быстро, тогда как нерастворимые основания диссоциируют медленно, ступенчато:
|
Диссоциация щелочей |
Диссоциация слабых оснований |
|
Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH‒ |
Fe(OH)2 = FeOH+ + OH‒ (I ступень) FeOH+ = Fe2+ + OH‒(II ступень) |
|
Диссоциация настолько быстрая, что ступенчатостью процесса можно пренебречь |
Диссоциация очень медленная, быстрее идет по первой ступени, по второй ступени практически не идёт |
Физические свойства щелочей
Гидроксиды щелочных металлов (металлов IА-группы) – твердые бесцветные кристаллические вещества. Как уже было описано выше, большинство из них очень хорошо растворимы в воде. Гидроксиды щелочноземельных металлов хуже растворяются в воде.
Химические свойства щелочей
Основные свойства гидроксидов в Периодической системе возрастают справа налево и сверху вниз. Поэтому все щелочи, образованные металлами IА-группы сильнее щелочей, образованных металлами IIА-группы.
Щелочи окрашивают фенолфталеин в малиновый цвет.
Твёрдые щелочи и их концентрированные растворы разъедают живые ткани, поэтому работать с ними нужно в перчатках, а при растирании твёрдой щелочи в ступке необходимо надевать очки.
- Щелочи реагируют с кислотными оксидами, образуя либо соль и воду, либо кислую соль:
Щелочь + кислотный оксид = соль + вода
Щелочь + кислотный оксид = кислая соль
Рассмотрим эти реакции на примере образования карбонатов и гидрокарбонатов.
Для щелочей, содержащих одновалентный катион (катион в степени окисления «+1») справедлива общая схема реакции:
2MeOH + CO2 = Me2CO3 + H2O
Или
MeOH + CO2 = MeHCO3
Например:
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
NaOH + CO2 = NaHCO3
2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O
KOH + CO2 = KHCO3
Для щелочей, содержащих двухвалентный металл (катион в степени окисления «+2») справедлива общая схема реакции:
Me(OH)2 + CO2 = MeCO3 + H2O
Или
Me(OH)2 + 2CO2 = Me(HCO3)2
Например:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca(HCO3)2
Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O
Ba(OH)2 + 2CO2 = Ba(HCO3)2
Образование кислых и средних солей
Щелочи с кислотными оксидами
Щелочи при плавлении разрушают стекло и фарфор, основным компонентом которых является кислотный оксид SiO2:
2NaOH(тв) + SiO2(тв) = Na2SiO3(тв) + H2O(г)
Некоторые оксиды диспропорционируют в щелочах (участвуют в реакции самоокисления-самовосстановления). К таким оксидам относят оксид азота IV, который в щелочах превращается одновременно и в нитрит-ион (NO2‒), и нитрат-ион (NO3‒):
2KOH + 2NO2 = KNO2 + KNO3 + H2O
2Ca(OH)2 + 4NO2 = Ca(NO2)2 + Ca(NO3)2 + 2H2O
Для того, чтобы получить только нитрат-ион необходимо присутствие кислорода:
4KOH + 4NO2 + O2 = 4KNO3 + 2H2O
2Ca(OH)2 + 4NO2 + O2 = 2Ca(NO3)2 + 2H2O
О других свойствах кислотных оксидов можно прочитать в статье «Свойства кислотных оксидов»
- Щелочи реагируют с кислотами. Притом, если кислота одноосновная, то образуется только средняя соль, если кислота многоосновная, то может образоваться как средняя, так и кислая соль.
Узнать, как определить тип кислоты можно в статье «Классификация кислот»
А) щелочь + одноосновная кислота = соль + вода
NaOH + HClO3 = NaClO3 + H2O
LiOH + HNO3 = LiNO3 + H2O
KOH + HI = KI + H2O
Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O
Ba(OH)2 + 2HClO4 = Ba(ClO4)2 + 2H2O
Sr(OH)2 + HPO3 = Sr(PO3)2 + H2O
Б) щелочь + двухосновная кислота = соль + вода
Щелочь + двухосновная кислота = кислая соль + вода
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O
NaOH + H2SO4 = NaHSO4 + H2O
Ba(OH)2 + H2S = BaS + 2H2O
Ba(OH)2 + 2H2S = Ba(HS)2 + 2H2O
Для получения кислой соли необходим недостаток щелочи (избыток кислоты).
Задание по образцу ФИПИ:
Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами, которые образуются при взаимодействии этих веществ: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
- Sr(OH)2 + SO2 =
- Sr(OH)2 +2SO2 =
- Sr(OH)2 + H2SO4 =
- Sr(OH)2 + 2H2SO4 =
- SrSO4 + 2H2O
- SrSO3 + H2O
- SrSO4 + H2O
- Sr(HSO4)2 + 2H2O
- Sr(HSO3)2 + H2O
- Sr(HSO3)2
- В отличие от нерастворимых оснований, щелочи реагируют с растворимыми солями. Условия типичны для обменных реакций (в продуктах должен появиться газ или осадок):
2NaOH + CuSO4 = Na2SO4 + Cu(OH)2↓
LiOH + NH4Cl = LiCl + NH3↑ + H2O
2KOH + Fe(NO3)2 = 2KNO3 + Fe(OH)2↓
Ca(OH)2 + 2NaF = CaF2↓ + 2NaOH
Ba(OH)2 + K2SO4 = BaSO4↓ + 2KOH
Sr(OH)2 + Na2SiO3 = SrSiO3↓ + 2NaOH
Попробуйте решить задание ЕГЭ:
Из предложенного перечня веществ выберете три вещества, с которыми гидроксид натрия (р-р) не реагирует:
- LiCl
- NH4Br
- CrSO4
- PbSO4
- KNO3
- CuSO4
Комментарий к заданию: помните, что исходная соль должна быть растворимой, а одно из полученных веществ – газ или осадок.
- Щелочи реагируют с кислыми солями с образованием средних солей:
NaHSO3 + NaOH = Na2SO3 + H2O
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O
- Твёрдые щелочи реагируют с амфотерными оксидами и гидроксидами при сплавлении, при этом образуется средняя соль, в катион которой входит щелочной или щелочноземельный металл, а в анион – амфотерный металл:
2NaOH + Al2O3 = 2NaAlO2 + H2O
2NaOH + ZnO = Na2ZnO2 + H2O
Ca(OH)2 + Al2O3 = Ca(AlO2)2 + H2O
Ca(OH)2 + ZnO = CaZnO2 + H2O
Из предложенного перечня веществ выберете три вещества, с которыми реагирует гидроксид калия:
- P2O5
- Cr2O3
- NiO
- FeO
- CaO
- ZnO
Комментарий к заданию: Не забывайте, что щелочи реагируют не только с амфотерными, но и с кислотными оксидами.
О том, как амфотерные оксиды реагируют с щелочами и другими веществами, а также о том, как можно прочитать в статье «Амфотерные оксиды»
NaOH + Al(OH)3 = NaAlO2 + 2H2O
NaOH + Zn(OH)2 = Na2ZnO2 + H2O
Ca(OH)2 + 2Al(OH)3 = Ca(AlO2)2 + 4H2O
Ca(OH)2 + Zn(OH)2 = CaZnO2 + 2H2O
Подробнее о свойствах амфотерных гидроксидов можно прочитать в этой статье
- Концентрированные растворы щелочей растворяют амфотерные оксиды и гидроксиды с образованием комплексных солей:
2KOH + Fe2O3 + 3H2O = 2K[Fe(OH)4]
2KOH + BeO + H2O = K2[Be(OH)4]
Ba(OH)2 + Fe2O3 + 3H2O = Ba[Fe(OH)4]2
Ba(OH)2 + BeO + H2O = Ba[Be(OH)4]
KOH + Fe(OH)3 = K[Fe(OH)4]
2KOH + Be(OH)2 = K2[Be(OH)4]
Ba(OH)2 + 2Fe(OH)3 = Ba[Fe(OH)4]2
Ba(OH)2 + Be(OH)2 = Ba[Be(OH)4]
- Концентрированные щелочи вступают в реакции с некоторыми металлами (Al, Be, Zn) с образованием комплексной соли и выделением водорода:
2NaOH + 2Al + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑
2NaOH + Be + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2↑
2NaOH + Zn + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2↑
Ba(OH)2 + 2Al + 6H2O = Ba[Al(OH)4]2 + 3H2↑
Ba(OH)2 + Zn + 2H2O = Ba[Zn(OH)4] + H2↑
- Хлор, бром, йод диспропорционируют в щелочах, продукты реакции зависят от температуры, при которой происходит реакция:
Cl2 + 2NaOH(холодный) = NaCl + NaClO +H2O
3Cl2 + 6NaOH(горячий) = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O
Реакция хлора с гидроксидом натрия
Диспропорционирование галогенов в щелочах
- Фосфор, сера также самоокисляются-самовосстанавливаются в щелочах:
P4 + 3NaOH + 3H2O = 3NaH2PO2 + PH3
3S + 6NaOH = 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O
- Кремний реагирует с щелочами в качестве восстановителя:
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑
Получение щелочей
- Щелочи можно получить из гидридов, нитридов, фосфидов, карбидов:
LiH + H2O = LiOH + H2↑
CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2↑
Na3N + 3H2O = 3NaOH + NH3↑
Ca3N2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3↑
K3P + 3H2O = 3KOH + PH3↑
Ba3P2 + 6H2O = 3Ba(OH)2 + 2PH3↑
Na4C + 4H2O = 4NaOH + CH4↑
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2↑
- При растворении оксида щелочного или щелочноземельного металла в воде образуется раствор щелочи:
Na2O + H2O = 2NaOH
BaO + H2O = Ba(OH)2
Реакции идут с выделением большого количества теплоты, то есть являются экзотермическими.
- Щелочи можно получить растворением пероксидов в воде (характерно для получения гидроксида натрия, гидроксида калия и гидроксида бария):
Na2O2 + 2H2O = H2O2 + 2NaOH
BaO2 + 2H2O = H2O2 + Ba(OH)2
- Раствор щелочи получают при растворении щелочного или щелочноземельного металла в воде:
2K + 2H2O = 2KOH + H2↑
Sr + 2H2O = Sr(OH)2 + H2↑
- Растворы щелочей можно получить обменными реакциями:
Li2SO4 + Ba(OH)2 = 2LiOH + BaSO4↓
K2SO4 + Sr(OH)2 = 2KOH + SrSO4↓
- Раствор щелочи можно получить электролизом раствора соли, содержащей катион щелочного или щелочноземельного металла и бескислородный анион, например раствор гидроксида калия получают электролизом раствора хлорида калия:
KCl + H2O = KOH + H20↑ + Cl20↑
Катод: 2H2O + 2ē = H20↑ + 2OH‒
Анод: 2Cl‒ ‒2ē = Cl20
Электролизом расплава соли, содержащей щелочной металл, щелочь получить нельзя. Этим способом получают сам щелочной металл.
План урока:
Представители щелочных металлов
Строение атомов щелочных металлов
Изменение химических свойств щелочных металлов
Внешний вид и физические свойства щелочных металлов
Нахождение в природе
Качественные реакции
Химические свойства щелочных металлов
Получение щелочных металлов
Применение соединений щелочных металлов
Представители щелочных металлов
Щелочные металлы – это группа высокоактивных металлов. Название происходит от продукта взаимодействия этих веществ с водой, в результате которой образуется щелочь (сложное химическое соединение). Найти в природе такие металлы, сделать из них изделие или просто хранить в виде слитка невозможно. Эти металлы сразу окисляются кислородом воздуха.
К щелочным металлам относятся: литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций.
Строение атомов щелочных металлов
В таблице Менделеева щелочные металлы расположены в первой группе. Такое положение не случайно, а отражает строение атома и химические свойства.
Химические свойства элементов напрямую зависят от строения атома. Атом любого элемента состоят из ядра, имеющего положительный заряд и электронов, образующих энергетически облака вокруг ядра.
Ядро и электроны притягиваются за счет электростатического напряжения. Соответственно, чем меньше у электрона силы сопротивления, тем ближе он будет к ядру. Электроны с большей энергией способны отдаляться на периферию атома.
По мере смены периодом, количество электронов и энергетических уровней будет увеличиваться. Общий параметр атомов всех щелочных металлов является 1 электрон на внешнем энергетическом уровне.
Изменение химических свойств щелочных металлов
По мере продвижения от первого до последнего периода, в атомах щелочных металлов происходит увеличение количества атомов и электронных облаков. Чем дальше атом оказался от ядра, тем меньше притяжение между ними. За счет этого, отдаленный (последний) электрон проще отсоединить от атома. Легкость отщепления электронов определяет реакционную способность. Отщепление электрона приводит к окислению собственного атома и восстановлению окислителя.
Таким образом, восстановительные свойства щелочных металлов увеличиваются сверху вниз в группе. Самый активный металл – цезий.
Внешний вид и физические свойства щелочных металлов
Щелочные металлы обладают всеми характерными свойствами: серебристый цвет (исключение: цезий – золотистого цвета) металлический блеск, электро- и теплопроводность, ковкость, пластичность.
Особенным качеством является мягкость и легкость за счет низкой плотности вещества. Эти металлы можно резать ножом, разминать руками (в перчатках) и ломать.
Нахождение в природе щелочных металлов
Из-за высокой реакционной активности, щелочные металлы не встречаются в природе в виде самородков или чистых залежей. Обнаружить их можно в составе солей. Многие природные минералы содержат ион щелочного металла в своей структуре.
Таблица. Минералы, в состав которых входят ионы щелочных металлов
Как видно из таблицы, чем выше активность элемента, тем ниже его встречаемость в природе. Элемент последнего периода первой группы – франций – вообще не встречается в природе даже в составе минералов. Этот элемент является радиоактивным и является промежуточным продуктом распада Урана-235. Его общее содержание в земной коре оценивается в 380 граммов.
Обнаружение ионов металлов в соединениях
Самый простой способ определения иона металла – окраска пламени. Для соли каждого металла характерен свой цвет:
- Литий – красный,
- Калий – фиолетовый,
- Натрий – желтый,
- Рубидий – розовый,
- Цезий – синий.
Соли франция такой проверке не подвергаются.
Для такой проверки важно, чтобы в пламени не было других примесей, меняющий цвет, иначе проверка будет недостоверна.
Качественные реакции
Обнаружение катионов лития
Обнаружить ионы металлов в соли можно с помощью качественной реакции.
Для обнаружения катионов лития используют фосфорную кислоту. Получившийся белый фосфат лития растворим только в концентрированной азотной кислоте и солях аммония:
3Li+ + PO43- = Li 3РО 4↓
В растворимых солях литий можно обнаружить с помощью фторида аммония. При реакции образуется белый нерастворимый осадок фторида лития:
Li+ + F— = LiF↓
Обнаружение катиона натрия
Ионы натрия можно обнаружить реакцией с комплексной солью гексагидроксостибатом (V). При низких температурах и в нейтральной среде образуется мелкокристаллическая белая соль натрия:
Na+ + [Sb (OH)6]– = Na[Sb(OH)6] ↓
Эту реакцию проводят на предметном стекле. За образованием и формой кристаллов наблюдают под микроскопом или бинокуляром.
Обнаружение катиона калия
В кислой и нейтральной среде ионы калия образуют двойную комплексную соль с гексанитрокабальтатом натрия (III). Эта соль нерастворима в воде и имеет желтый цвет:
2K+ + Na3[Co(NO2)6] = NaK2[Co(NO2)6] ↓+ 2Na+
Особенность реакции в ее медленном течении. Реакционную смесь оставляют на несколько часов. Для ускорения реакции можно тереть стеклянной палочкой по стенке пробирки. Это приводит к формированию статического электричества, что усиливает притяжение ионов друг к другу.
Еще одним способом обнаружения катионов калия служит реакция с гидротартратом натрия NaHC4H4O6. В этом случае образуется соль белого цвета. Реакцию можно ускорить потиранием стеклянной палочной о поверхность пробирки:
K+ + NaHC4H406= KHC4H4O6↓ + Na+.
Обнаружение катионов рубидия, цезия
Катионы рубидия и цезия – высокоактивные ионы, поэтому не обнаруживаются качественными реакциями. Все соединения прозрачные и хорошо растворимы в воде. Основными способами их обнаружения в составе соли служит осаждение органическими ароматическими растворами. Способа разделения цезия и рубидия из смеси в настоящее время нет.
Обнаружение ионов франция
Как радиоактивный металл, франций не входит в состав обычных солей. Его обнаружение проводится методом спектрометрии и радиационных приборов.
Химические свойства щелочных металлов
Все металлы являются восстановителями, поэтому они вступают в реакцию с различными окислителями. К таким относятся простые неметаллы и сложные соединения, обладающие окислительными свойствами.
Реакция с простыми неметаллами
Щелочные металлы активно вступают в реакции с галогенами. При этом образуется соответствующий галогенид. С серой, фосфором и водородом с образованием сульфидов, гидридов, фосфидов реагируют только при нагревании:
2Na + Cl2→ 2NaCl
2К + S К2S
2Rb + H2 2RbH
3Na + P Na3P
В реакции с кислородом щелочные металлы образуют пероксиды (кроме лития), повторное окисление которых приводит к образованию оксидов:
2Na + О2 = Na2О2
2 Na2О2 + О2 = 2Na2О
Специальных условий для окисления металлов кислородом не требуется, поэтому щелочные металлы хранят под слоем парафина, вазелина или масла без доступа кислорода.
Взаимодействие с водой
Реакция щелочных металлов с водой происходит с выделением большого количества тепла. Выделяющийся в ходе реакции водород может воспламеняться, что в некоторых случаях приводит к взрыву.
Взаимодействие с сильными кислотами
В реакциях щелочных металлов с кислотами образуются соответствующие соли. Особенных проявлений свойств щелочных металлов здесь нет:
8K + 10HNO3 (конц) → 8KNO3 + N2O +5 H2O
8Na + 5H2SO4 (конц) → 4Na2SO4 + H2S↑ + 4H2O
Специфические химические свойства лития
В некоторых реакциях литий проявляет отличные от остальных щелочных металлов свойства. Например, это единственный металл, реагирующий с азотом без нагревания:
6Li + N2 = 2Li3N
Нитрид лития подвергается необратимому гидролизу.
Li3N + 3H2O → 3LiOH + NH3↑
В реакции с лития с кислородом образуется оксид лития:
4Li + О2 = 2Li2О
Получение щелочных металлов
Получить щелочные металлы в чистом виде можно только электролизом расплавов их солей:
NaCl Na+ + Cl–;
катод (–) (Na+): Na+ + е = Na0,
анод (–) (Cl–): Cl– – е = Cl0, 2Cl0 = Cl2;
2NaCl = 2Na + Cl2 .
Если использовать раствор соли, катионы металла будут сразу вступать в реакцию с образованием щелочей:
NaCl Na+ + Cl–,
H2O Н+ + ОН–;
катод (–) (Na+; Н+): H+ + е = H0, 2H0 = H2
(2H2O + 2е = H2 + 2OH–),
анод (+) (Cl–; OН–): Cl– – е = Cl0, 2Cl0 = Cl2;
2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2 .
Применение соединений щелочных металлов
Основные области применения данных солей – медицина, кулинария, строительство, химическая промышленность.
Наиболее используемый щелочной металл – натрий. Он служит катализатором синтеза металлов, служит теплоносителем в атомных реакторах.
Хлорид натрия – соединение, используемое в каждом доме. Это безопасная соль, используемая в кулинарии. Так же, хлорид натрия применяется в медицине для приготовления физиологических растворов.
Литий и его щелочи служат основой изготовления щелочных батареек. Длительное время это был единственный способ создания портативных энергоносителей.
Калий и натрий используются для изготовления мыла в качестве омыляющего компонента.
Соли калия используются в сельском хозяйстве в качестве удобрения.
Калий, рубидий и натрий используются в атомной промышленности и атомной энергетике. Эти металлы служат катализаторами многих реакций.
Литий добавляется во многие сплавы для улучшения металлических свойств.
Соединения лития, рубидия и цезия используют при изготовлении цветных стекол.
Франций пока не имеет практического применения в связи с высокой радиоактивностью.
На этой странице вы узнаете:
- Кодовое название — щелочные металлы. Откуда оно произошло?
- Почему щелочные металлы не берут в реакции с кислотами?
- Рассмотрим химические и физические свойства щелочных металлов;
- Как можно распознать катионы щелочных металлов?
Эти металлы — очень активные! Именно их кидают в ванны с водой, в результате чего происходят мощщные взрывы.
Щелочные металлы
IA группа называется главной подгруппой первой группы, в которую входят щелочные металлы: литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr.
Данные металлы получили такое название, так как большинство их соединений растворимы в воде («выщелачивать» означает «растворять»).
Щелочные металлы — серебристо-белые металлы с высокой электро- и теплопроводностью, обладают ковкостью, пластичностью и металлическим блеском.
Главная особенность строения атомов химических элементов IA группы заключается в том, что они содержат один электрон на внешнем энергетическом уровне — их электронная конфигурация ns1.
Из этого следует, что атомам щелочных металлов энергетически выгодно отдать электрон и приобрести конфигурацию инертного газа, приобретая при этом степень окисления +1.
Основным способом получения таких металлов является электролиз расплавов солей.
Химические свойства
Их химические свойства крайне логичны:
- как типичные металлы они будут вступать в реакции со своими противоположностями — неметаллами;
- как восстановители — реагировать с окислителями (в том числе восстанавливать металлы и неметаллы из их оксидов);
- как металлы, стоящие в ряду активности до водорода — вступать в реакции вытеснения с водой, кислотами-неокислителями и солями менее активных металлов.
- Реакции с неметаллами
Как типичные восстановители, щелочные металлы могут взаимодействовать со своими противоположностями — неметаллами.
Гидриды металлов подвергаются необратимому гидролизу
В реакциях с щелочными металлами кислород образует ряд веществ:
- литий («кандидат от народа»), как и подавляющее большинство металлов, образует оксид;
4Li + O2 = 2Li2O - натрий образует пероксид;
2Na + O2 = Na2O2 - калий и все нижестоящие металлы — надпероксиды/супероксиды.
K + O2 = KO2
- Реакции с водой
В ряду активности щелочные металлы находятся до водорода, поэтому они способны вытеснять водород из воды:
Можно представить воду как HOH, тогда металл (например, натрий) будет замещать один из атомов водорода с образованием NaOH.
- Реакции с оксидами
За счет крайне низких значений электроотрицательности металлы очень слабо притягивают к себе электроны, а следовательно, у них «легко их украсть». Делаем вывод: в ОВР щелочные металлы проявляют ярко выраженные восстановительные свойства, повышая в реакциях степени окисления.
Щелочные металлы из-за своей бешенной активности взаимодействуют сначала с водой, крайне бурно, со взрывом! Поэтому для таких реакций их не берут!
Оксиды щелочных металлов
По физическим свойствам это — бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде.
Они являются основными оксидами, поэтому:
- реагируют с водой с образованием оснований:
- вступают в основно-кислотные взаимодействия со своими противоположностями, обладающими кислотными свойствами: кислотами, кислотными оксидами, амфотерными оксидами и гидроксидами:
Гидроксиды щелочных металлов
Что же это такое? По-другому их называют щелочами. Они представляют собой бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде.
По химическим свойствам они являются типичными сильными основаниями, то есть:
- диссоциируют в растворах с образованием гидроксид-анионов. создавая в растворах щелочную среду:
- вступают в основно-кислотные взаимодействия со своими противоположностями (кислотами и кислотными оксидами + амфотерные оксиды и гидроксиды), образуя соли;
- вступают в реакции ионного обмена с кислотами и солями:
Какие же специфические свойства щелочей существуют? Рассмотрим некоторые из них:
- Окислительно-восстановительные реакции с металлами
Из металлов со щелочами напрямую взаимодействуют только амфотерные бериллий Be, цинк Zn, алюминий Al.
Эти металлы можно запомнить по аббревиатуре BeZnAl
А какие соли тогда будут образовываться? В растворе образуются комплексные соли, а в расплаве (t) — средние. В качестве еще одного продукта реакции выделяется газообразный водород.
- Окислительно-восстановительные реакции с неметаллами
Неметаллы, которые могут реагировать со щелочами, можно запомнить по «крестообразному» расположению в таблице Менделеева:
Пероксиды щелочных металлов
Что же такое пероксиды? Пероксиды — сложные вещества, которые содержат группу —О—О—, где кислород имеет степень окисления −1.
Как же можно отличить катионы щелочных металлов друг от друга? Самый простой и распространенный метод — по окраске цвета пламени! Соединения этих металлов придают пламени характерные цвета, которые приведены в таблице. Кстати, это используют в пиротехнике при изготовлении смесей для салютов и фейерверков.
Фактчек
- Металлы IA группы называются щелочными металлами, которые представлены литием, натрием, калием, рубидием, цезием и францием.
- Постоянная валентность щелочных металлов I, постоянная степень окисления — +1.
- Основной способ получения щелочных металлов — электролиз расплавов солей.
- Щелочные металлы — чрезвычайно активные металлы, могут реагировать с большим рядом простых веществ, с водой.
Проверь себя
Задание 1.
Какой из щелочных металлов имеет самое большое число электронов?
- Литий;
- Натрий;
- Калий;
- Рубидий;
- Цезий;
- Франций
Задание 2.
Щелочные металлы имеют постоянную степень окисления:
- +1;
- +2;
- +3;
- +4
Задание 3.
Щелочные металлы образуют с серой соединения, называемые:
- Сульфиты;
- Сульфиды;
- Сульфаты;
- Сульфонаты.
Задание 4.
При реакции калия с кислородом образуется:
- Оксид калия;
- Пероксид калия;
- Супероксид калия;
- Озонид калия
Задание 5.
При внесении солей натрия в пламя оно приобретает окраску:
- Фиолетовую;
- Желтую;
- Небесно-голубую;
- Малиновую
Ответы: 1. — 6; 2. — 1; 3. — 2; 4. — 3; 5. — 2.
К щелочным металлам относят химические элементы: одновалентные металлы, составляющие Ia группу: литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций.
Эти металлы очень активны, быстро окисляются на воздухе и бурно реагируют с водой. Их хранят под слоем керосина из-за
их сильной реакционной способности.
Общая характеристика
От Li к Fr (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств,
реакционной способности. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизации, сродство к электрону.
Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns1:
- Li — 2s1
- Na — 3s1
- K — 4s1
- Rb — 5s1
- Cs — 6s1
- Fr — 7s1
Природные соединения
В природе щелочные металлы встречаются в виде следующих соединений:
- NaCl — галит (каменная соль)
- KCl — сильвин
- NaCl*KCl — сильвинит
Получение
Получить такие активные металлы электролизом водного раствора — невозможно. Для их получения применяют электролиз расплавов при
высоких температурах (естественно — безводных):
NaCl → Na + Cl2↑ (электролиз расплава каменной соли)
Химические свойства
- Реакция с кислородом
- Реакции с неметаллами
- Реакция с водой
- Окрашивание пламени
Одной из особенностей щелочных металлов является их реакция с кислородом. Литий в такой реакции преимущественно образует оксид,
натрий — пероксид, калий, рубидий и цезий — супероксиды.
Li + O2 → Li2O (оксид лития)
Na + O2 → Na2O2 (пероксид натрия)
K + O2 → KO2 (супероксид калия)
Помните, что металлы никогда не принимают отрицательных степеней окисления. Щелочные металлы одновалентны, и проявляют постоянную степень окисления
+1 в различных соединениях: гидриды, галогениды (фториды, хлориды, бромиды и йодиды), нитриды, сульфиды и т.д.
Li + H2 → LiH (в гидридах водород -1)
Na + F2 → NaF (в фторидах фтор -1)
Na + S → Na2S (в сульфидах сера -2)
K + N2 → K3N (в нитридах азот -3)
Щелочные металлы бурно взаимодействуют с водой, при этом часто происходит воспламенение, а иногда — взрыв.
Na + H2O → NaOH + H2↑ (воду можно представить в виде HOH — натрий вытесняет водород)
Иногда в задачах может проскользнуть фраза такого плана: «… в ходе реакции выделился металл, окрашивающий пламя горелки в желтый цвет».
Тут вы сразу должны догадаться: речь, скорее всего, про натрий.
Щелочные металлы по-разному окрашивают пламя. Литий окрашивает в алый цвет, натрий — в желтый, калий — в фиолетовый, рубидий — синевато-красный,
цезий — синий.
Оксиды щелочных металлов
Имеют общую формулу R2O, например: Na2O, K2O.
Получение
Получение оксидов щелочных металлов возможно в ходе реакции с кислородом. Для лития все совсем несложно:
Li + O2 → Li2O (оксид лития)
В подобных реакциях у натрия и калия получается соответственно пероксид и супероксид, что приводит к затруднениям. Как из
пероксида, так и из супероксида, при желании можно получить оксид:
Na2O2 + Na → Na2O
KO2 + K → K2O
Химические свойства
По свойствам эти оксиды являются основными. Они хорошо реагируют c водой, кислотными оксидами и кислотами:
Li2O + H2O → LiOH (осн. оксид + вода = основание — реакция идет, только если основание растворимо)
K2O + CO2 → K2CO3 (осн. оксид + кисл. оксид = соль)
Na2O + SO2 → Na2SO3 (обратите внимание — мы сохраняем СО серы +4)
Li2O + HCl → LiCl + H2O
Гидроксиды щелочных металлов
Относятся к щелочам — растворимым основаниям. Наиболее известные представители: NaOH — едкий натр, KOH — едкое кали.
Получение
Гидроксиды щелочных металлов получаются в ходе электролиза водных растворов их солей, в реакциях обмена, в реакции
щелочных металлов и их оксидов с водой:
KCl + H2O → (электролиз!) KOH + H2 + Cl2 (на катоде выделяется водород, на аноде — хлор)
Li2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + LiOH
K + H2O → KOH + H2↑
Rb2O + H2O → RbOH
Химические свойства
Проявляют основные свойства. Хорошо реагируют с кислотами, кислотными оксидами и солями, если в ходе реакции выпадает осадок, выделяется
газ или образуется слабый электролит (вода).
LiOH + H2SO4 → LiHSO4 + H2O (соотношение 1:1, кислота в избытке — получается кислая соль)
2LiOH + H2SO4 → Li2SO4 + 2H2O (соотношение 2:1, основание в избытке — получается средняя соль)
KOH + SO2 → KHSO3 (соотношение 1:1 — получается кислая соль)
2KOH + SO2 → K2SO3 + H2O (соотношение 2:1 — получается средняя соль)
NaOH + MgBr2 → NaBr + Mg(OH)2↓
С амфотерными гидроксидами реакции протекают с образованием комплексных солей (в водном растворе) или с образованием окиселов —
смешанных оксидов (при высоких температурах — прокаливании).
NaOH + Al(OH)3 → Na[Al(OH)4] (в водном растворе образуются комплексные соли)
NaOH + Al(OH)3 → NaAlO2 + H2O (при прокаливании образуется окисел — смесь двух оксидов: Al2O3
и Na2O, вода испаряется)
Реакции щелочей с галогенами заслуживают особого внимания. Без нагревания они идут по одной схеме, а при нагревании эта схема меняется:
NaOH + Cl2 → NaClO + NaCl + H2O (без нагревания хлор переходит в СО +1 и -1)
NaOH + Cl2 → NaClO3 + NaCl + H2O (с нагреванием хлор переходит в СО +5 и -1)
В реакциях щелочей с йодом образуется исключительно иодат, так как гипоиодит неустойчив даже при комнатной температуре, не говоря о нагревании. С серой реакция протекает схожим образом:
NaOH + I2 → NaIO3 + NaI + H2O (с нагреванием)
NaOH + S → Na2S + Na2SO3 + H2O (сера переходит в СО -2 и +4)
Уникальным является также взаимодействие щелочей с кислотным оксидом NO2, который соответствует сразу двум кислотам — и азотной,
и азотистой.
LiOH + NO2 → LiNO2 + LiNO3 + H2O
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.