Щелочные металлы
Щелочные металлы — элементы главной подгруппы I группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева:
литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr.
Данные металлы получили название щелочных, потому что большинство их соединений растворимо в воде. По-славянски «выщелачивать» означает «растворять», это и определило название данной группы металлов. При растворении щелочных металлов в воде образуются растворимые гидроксиды, называемые щёлочами.
Основная характеристика щелочных металлов: В Периодической системе они следуют сразу за инертными газами, поэтому особенность строения атомов щелочных металлов заключается в том, что они содержат один электрон на новом энергетическом уровне: их электронная конфигурация ns1.
Валентные электроны щелочных металлов могут быть легко удалены, потому что атому энергетически выгодно отдать электрон и приобрести конфигурацию инертного газа.
Поэтому для всех щелочных металлов характерны восстановительные свойства. Это подтверждают низкие значения их потенциалов ионизации (потенциал ионизации атома цезия — один из самых низких) и электроотрицательности (ЭО).
Далее таблица свойств щелочных металлов:
| Атомный номер | Название, символ | Металлический радиус, нм | Ионный радиус, нм | Потенциал ионизации, эВ | ЭО | p, г/см³ | tпл, °C | tкип, °C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3 | Литий Li | 0,152 | 0,078 | 5,32 | 0,98 | 0,53 | 181 | 1347 |
| 11 | Натрий Na | 0,190 | 0,098 | 5,14 | 0,93 | 0,97 | 98 | 883 |
| 19 | Калий K | 0,227 | 0,133 | 4,34 | 0,82 | 0,86 | 64 | 774 |
| 37 | Рубидий Rb | 0,248 | 0,149 | 4,18 | 0,82 | 1,53 | 39 | 688 |
| 55 | Цезий Cs | 0,265 | 0,165 | 3,89 | 0,79 | 1,87 | 28 | 678 |
Все металлы этой подгруппы имеют серебристо-белый цвет (кроме серебристо-жёлтого цезия), они очень мягкие, их можно резать скальпелем. Литий, натрий и калий легче воды и плавают на её поверхности, реагируя с ней.
Щелочные металлы встречаются в природе в форме соединений, содержащих однозарядные катионы.
Многие минералы содержат в своём составе металлы главной подгруппы I группы. Например, ортоклаз, или полевой шпат, состоит из алюмюсиликата калия K2[Al2Si6O16], аналогичный минерал, содержащий натрий — альбит — имеет состав Na2[Al2Si6O16]. В морской воде содержится хлорид натрия NaCl, а в почве — соли калия — сильвин KCl, сильвинит NaCl • KCl, карналлит KCl • MgCl2 • 6H2O, полигалит K2SO4 • MgSO4 • CaSO4 • 2H2O.
Химические свойства щелочных металлов
Из-за высокой химической активности щелочных металлов по отношению к воде, кислороду, азоту их хранят под слоем керосина. Чтобы провести реакцию со щелочным металлом, кусочек нужного размера аккуратно отрезают скальпелем под слоем керосина, в атмосфере аргона тщательно очищают поверхность металла от продуктов его взаимодействия с воздухом и только потом помещают образец в реакционный сосуд.
1. Взаимодействие с водой. Важное свойство щелочных металлов — их высокая активность по отношению к воде. Наиболее спокойно (без взрыва) реагирует с водой литий: 
При проведении аналогичной реакции натрий горит жёлтым пламенем и происходит небольшой взрыв. Калий ещё более активен: в этом случае взрыв гораздо сильнее, а пламя окрашено в фиолетовый цвет.
2. Взаимодействие с кислородом. Продукты горения щелочных металлов на воздухе имеют разный состав в зависимости от активности металла.
Только литий сгорает на воздухе с образованием оксида стехиометрического состава: 
При горении натрия в основном образуется пероксид Na2O2 с небольшой примесью надпероксида NaO2: 
В продуктах горения калия, рубидия и цезия содержатся в основном надпероксиды: 
Для получения оксидов натрия и калия нагревают смеси гидроксида, пероксида или надпероксида с избытком металла в отсутствие кислорода: 
Для кислородных соединений щелочных металлов характерна следующая закономерность: по мере увеличения радиуса катиона щелочного металла возрастает устойчивость кислородных соединений, содержащих пероксид-ион О22-и надпероксид-ион O2-.
Для тяжёлых щелочных металлов характерно образование довольно устойчивых озонидов состава ЭО3. Все кислородные соединения имеют различную окраску, интенсивность которой углубляется в ряду от Li до Cs:
| Формула кислородного соединения | Цвет |
|---|---|
| Li2O | Белый |
| Na2O | Белый |
| K2O | Желтоватый |
| Rb2O | Жёлтый |
| Cs2O | Оранжевый |
| Na2O2 | Светло- жёлтый |
| KO2 | Оранжевый |
| RbO2 | Тёмно- коричневый |
| CsO2 | Жёлтый |
Оксиды щелочных металлов обладают всеми свойствами, присущими основным оксидам: они реагируют с водой, кислотными оксидами и кислотами: 
Пероксиды и надпероксиды проявляют свойства сильных окислителей: 
Пероксиды и надпероксиды интенсивно взаимодействуют с водой, образуя гидроксиды: 
3. Взаимодействие с другими веществами. Щелочные металлы реагируют со многими неметаллами. При нагревании они соединяются с водородом с образованием гидридов, с галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом и кремнием с образованием, соответственно, галогенидов, сульфидов, нитридов, фосфидов, карбидов и силицидов: 
При нагревании щелочные металлы способны реагировать с другими металлами, образуя интерметаллиды. Активно (со взрывом) реагируют щелочные металлы с кислотами.
Щелочные металлы растворяются в жидком аммиаке и его производных — аминах и амидах: 
При растворении в жидком аммиаке щелочной металл теряет электрон, который сольватируется молекулами аммиака и придаёт раствору голубой цвет. Образующиеся амиды легко разлагаются водой с образованием щёлочи и аммиака: 
Щелочные металлы взаимодействуют с органическими веществами спиртами (с образованием алкоголятов) и карбоновыми кислотами (с образованием солей): 
4. Качественное определение щелочных металлов. Поскольку потенциалы ионизации щелочных металлов невелики, то при нагревании металла или его соединений в пламени атом ионизируется, окрашивая пламя в определённый цвет:
| Li | Карминно-красный |
| Na | Жёлтый |
| K | Фиолетовый |
| Rb | Беловато-розовый |
| Cs | Фиолетово-красный |
Получение щелочных металлов
1. Для получения щелочных металлов используют в основном электролиз расплавов их галогенидов, чаще всего — хлоридов, образующих природные минералы: 
катод: Li+ + e → Li
анод: 2Cl- — 2e → Cl2
2. Иногда для получения щелочных металлов проводят электролиз расплавов их гидроксидов:
катод: Na+ + e → Na
анод: 4OH- — 4e → 2H2O + O2
Поскольку щелочные металлы в электрохимическом ряду напряжений находятся левее водорода, то электролитическое получение их из растворов солей невозможно; в этом случае образуются соответствующие щёлочи и водород.
Соединения щелочных металлов. Гидроксиды
Для получения гидроксидов щелочных металлов в основном используют электролитические методы. Наиболее крупнотоннажным является производство гидроксида натрия электролизом концентрированного водного раствора поваренной соли:
Периодическая система химических элементов Менделеева
Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/
| IA | IIA | IIIB | IVB | VB | VIB | VIIB | —- | VIIIB | —- | IB | IIB | IIIA | IVA | VA | VIA | VIIA | VIIIA | |
| Период | ||||||||||||||||||
| 1 | 1 H Водород | 2 He Гелий | ||||||||||||||||
| 2 | 3 Li Литий | 4 Be Бериллий | 5 B Бор | 6 C Углерод | 7 N Азот | 8 O Кислород | 9 F Фтор | 10 Ne Неон | ||||||||||
| 3 | 11 Na Натрий | 12 Mg Магний | 13 Al Алюминий | 14 Si Кремний | 15 P Фосфор | 16 S Сера | 17 Cl Хлор | 18 Ar Аргон | ||||||||||
| 4 | 19 K Калий | 20 Ca Кальций | 21 Sc Скандий | 22 Ti Титан | 23 V Ванадий | 24 Cr Хром | 25 Mn Марганец | 26 Fe Железо | 27 Co Кобальт | 28 Ni Никель | 29 Cu Медь | 30 Zn Цинк | 31 Ga Галлий | 32 Ge Германий | 33 As Мышьяк | 34 Se Селен | 35 Br Бром | 36 Kr Криптон |
| 5 | 37 Rb Рубидий | 38 Sr Стронций | 39 Y Иттрий | 40 Zr Цирконий | 41 Nb Ниобий | 42 Mo Молибден | (43) Tc Технеций | 44 Ru Рутений | 45 Rh Родий | 46 Pd Палладий | 47 Ag Серебро | 48 Cd Кадмий | 49 In Индий | 50 Sn Олово | 51 Sb Сурьма | 52 Te Теллур | 53 I Иод | 54 Xe Ксенон |
| 6 | 55 Cs Цезий | 56 Ba Барий | * | 72 Hf Гафний | 73 Ta Тантал | 74 W Вольфрам | 75 Re Рений | 76 Os Осмий | 77 Ir Иридий | 78 Pt Платина | 79 Au Золото | 80 Hg Ртуть | 81 Tl Таллий | 82 Pb Свинец | 83 Bi Висмут | (84) Po Полоний | (85) At Астат | 86 Rn Радон |
| 7 | 87 Fr Франций | 88 Ra Радий | ** | (104) Rf Резерфордий | (105) Db Дубний | (106) Sg Сиборгий | (107) Bh Борий | (108) Hs Хассий | (109) Mt Мейтнерий | (110) Ds Дармштадтий | (111) Rg Рентгений | (112) Cp Коперниций | (113) Uut Унунтрий | (114) Uuq Унунквадий | (115) Uup Унунпентий | (116) Uuh Унунгексий | (117) Uus Унунсептий | (118) Uuo Унуноктий |
| 8 | (119) Uue Унуненний | (120) Ubn Унбинилий | ||||||||||||||||
| Лантаноиды * | 57 La Лантан | 58 Ce Церий | 59 Pr Празеодим | 60 Nd Неодим | (61) Pm Прометий | 62 Sm Самарий | 63 Eu Европий | 64 Gd Гадолиний | 65 Tb Тербий | 66 Dy Диспрозий | 67 Ho Гольмй | 68 Er Эрбий | 69 Tm Тулий | 70 Yb Иттербий | 71 Lu Лютеций | |||
| Актиноиды ** | 89 Ac Актиний | 90 Th Торий | 91 Pa Протактиний | 92 U Уран | (93) Np Нептуний | (94) Pu Плутоний | (95) Am Америций | (96) Cm Кюрий | (97) Bk Берклий | (98) Cf Калифорний | (99) Es Эйнштейний | (100) Fm Фермий | (101) Md Менделевий | (102) No Нобелей | (103) Lr Лоуренсий | |||
| Щелочные металлы | Щёлочноземельные металлы | Лантаноиды | Актиноиды | Переходные металлы |
| Лёгкие металлы | Полуметаллы | Неметаллы | Галогены | Инертные газы |
198095, г.Санкт-Петербург, ул.Швецова, д.23, лит.Б, пом.7-Н, схема проезда
Источник
