Друкувати цей розділДрукувати цей розділ

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 + H2SO4р. = 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 + 10HNO3р. = 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O,

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

8K + 5H2SO4к. = 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.



* Оскільки температура плавлення. NaCl ~ 800 0С, електролізу піддають суміш NaCl + CaCl2, яка плавиться при 580 0С.