21. ЕЛЕМЕНТИ ІА ГРУПИ. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА

21. ЕЛЕМЕНТИ ІА ГРУПИ. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА

21.1. Натрій. Калій

Сполуки натрію і калію використовувались з давніх часів. У Старому Завіті згадується “нетер”, – речовина, яку використовували як миючий засіб. У арабів використовувалось слово “натрон”, звідки і пішла сучасна назва натрій. Слово “калій” арабського походження, арабською “ал-калі” – зола рослин.

Поширення в природі.

Натрій і калій у природі зустрічаються лише у вигляді сполук. Вони входять до складу мінералів гірських порід.

Промислове значення для добування натрію мають галіт (NaCl) – міститься у морській воді і у вигляді кам’яної солі утворює підземні поклади (в Україні родовища в Артемівську і Слов’янську Донецької області). NaCl∙KCl (сильвініт), Na₂SO₄∙10H₂O мірабіліт (глауберова сіль), Na₂CO₃ натрій карбонат.

Найважливіші мінерали калію: KCl∙NaCl сильвініт, KCl∙MgCl₂∙6H₂O карналіт (в Україні родовища калійних солей є в Калуші і Стебнику Львівської обл.). Калій міститься майже в усіх рослинах.

Одержання.

Металічні натрій і калій вперше одержав Г. Деві (Ангілія) у 1807 р. при електролізі розплавів відповідних гідроксидів. У 1924 р. Г. Даунс (США) запропонував добувати ці метали електролізом дешевших хлоридів.

Зараз у промисловості натрій і калій одержують електролізом розплавів їх солей (найчастіше хлоридів*) або гідроксидів (див. Електроліз). Останній спосіб дає можливість одержати натрій і калій вищої частоти, ніж при електролізі хлоридів, проте є дорожчим, оскільки для цього попередньо слід добути їх гідроксиди.

Калій також можна одержати за реакціями у розплавах:

KOH + Na = K + NaOH;                  KCl + Na = K + NaCl.

Фізичні властивості.

Натрій і калій – сріблясто-білі речовини з металічним блиском, високо тепло-, електропровідні, пластичні, ковкі, легкоплавкі (табл. 21.1.)

Таблиця 21.1

Деякі властивості натрію і калію

	Натрій	Калій
Порядковий номер	11	19
Атомна маса	23	39
Конфігурація зовнішнього електронного рівня	3s1	4s1
Атомний радіус, пм	189	236
Густина, г/см3	0,97	0,86
Температура плавлення, 0С	98	63,5
Температура кипіння, 0С	886	771

Такі властивості пояснюються слабкою міжатомною взаємодією.

Цікаво, що електричні дроти можна виготовляти саме з натрію, хоча електропровідність його втричі нижча, ніж у міді, зате натрій у 9 разів легший. Однак, через високу хімічну активність, натрій для цього не застосовують.

Хімічні властивості.

Лужні метали – найактивніші у хімічному відношенні метали, що зумовлено низькими значеннями енергій іонізації атомів (легкістю віддачі електронів).

При контакті з повітрям натрій і калій вкриваються плівкою, що складається з нітридів, оксидів, карбонатів, пероксидів і гідроксидів зазначених металів. Тому натрій і калій зберігають в герметичному посуді під шаром гасу, який захищає їх від контакту з повітрям.

І. Взаємодія з простими речовинами.

Натрій і калій за м’яких умов реагують з усіма неметалами (крім благородних газів), виявляючи при цьому винятково відновні властивості. З воднем, галогенами, сіркою утворюються відповідні бінарні сполуки (див. Бінарні сполуки). Взаємодія з киснем супроводжується утворенням пероксидів та надпероксидів (супероксидів):

Na + O₂ = Na₂O₂;                              K + O₂ = KO₂ (або K₂O₄).

   натрій пероксид                     калій надпероксид

Оксиди натрію Na₂O і калію K₂O одержують при термічному розкладі їх пероксидів та надпероксидів або взаємодії їх з відповідними металами:

2Na₂O₂ = 2Na₂O + O₂;   Na₂O₂ + 2Na = 2Na₂O; KO₂ + 3K = 4K₂O.

Взаємодія пероксидів та надпероксидів натрію і калію з водою або кислотами веде до утворення гідроген пероксиду Н₂О₂:

Na₂O₂ + 2H₂O = 2NaOH + H₂O₂;     Na₂O₂ + H₂SO_4р. = Na₂SO₄ + H₂O₂

ІІ. Взаємодія зі складними речовинами.

1. Натрій і калій при взаємодії з водою утворюють відповідні гідроксиди МеОН (луги) і виділяється водень Н₂:

2Ме + 2Н₂О = 2МеОН + Н₂­.

Реакція часто супроводжується розігріванням і займанням утвореного водню.

2. Взаємодія з кислотами-неокисниками (HHal) відбувається з утворенням відповідних солей і виділенням водню:

2Ме + 2НHal = 2МеНal + Н₂­.

При взаємодії з кислотами-окисниками (концентровані HNO₃, H₂SO₄, розбавлена HNO₃) водень не утворюється, а виділяються продукти відновлення відповідних кислот (див. Нітратна кислота, Сульфатна кислота):

8Na + 10HNO_3р. = 8NaNO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O,

8Na + 10HNO_3к. = 8NaNO₃ + N₂O + 5H₂O,

8K + 5H₂SO_4к. = 4К₂SO₄ + H₂S + 4H₂O.

3. З амоніаком NH₃ розплавлені натрій і калій утворюють аміди:

2Nа + 2NH₃ = 2NаNH₂ + Н₂.

4. У реакціях з ацетиленом утворюються ацетиленіди (карбіди) Me₂C₂:

2Nа + HС≡СН = Nа–С≡С–Na + Н₂.

При їх гідролізі утворюються луги (див. Бінарні сполуки).

5. Взаємодію з органічними сполуками (алкілгалогенідами (реакція Вюрца), спиртами, фенолами, карбоновими кислотами) розглянуто в розд. Органічна хімія.